CN110370103A - 基于动态自优化运动控制技术的刃口磨加工系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于动态自优化运动控制技术的刃口磨加工系统，属于磨加工技术，现有手工磨刃存在的劳动强度大、产品质量不稳定等缺陷，本发明通过为机器人配置有用于从送料装置夹紧工件并向送料装置送回工件的夹具，实现对工件的有效抓取。对比传统手工磨刃，本发明提高了磨刃质量，并保证质量稳定一致；降低了生产成本，提高生产率，一天可24小时连续生产；改善了工人劳动条件，可在有害环境下长期工作；降低了对工人操作技术的要求；缩短了产品改型换代的周期，减少了相应的投资设备；可再开发性，用户可根据不同样件进行二次编程。具有可长期进行打磨作业、保证产品的高生产率、高质量和高稳定性等特点。

Description

基于动态自优化运动控制技术的刃口磨加工系统

技术领域

本发明属于磨加工技术，具体涉及一种基于动态自优化运动控制技术的刃口磨加工系统。

背景技术

刀片、钳子等工具生产中的一道关键工序即是磨刃。刃口锋利度的好坏完全取决于磨刃工序的质量。传统手工磨刃主要存在以下问题。

劳动强度大且重复性强：由于刀具在国外的市场需求量极大且工期短，势必会造成企业员工的劳动强度增加，且工作时间一直在完成相同的动作，其结果是引起职业病的高发，损害从业者的身体健康。

工作环境粉尘污染严重：磨削过程中的粉尘污染，极易造成尘肺等职业病。

工作环境噪声污染严重：生产过程中不可避免的会产生高分贝的噪音，严重的噪声污染不但会使从业者听力受损，也是很大的精神负担。

人员流动性较大：据企业内部统计，平均每年有较大数量的企业一线工人流失，特别是年后，流失率能达到15%以上。员工流失率，特别是熟练工人的流失，对企业生产计划有比较大的影响，也需要承担额外的培训费用。

质量不稳定：不同的工人有不同的操作手势，同一工人不同时间的身体状况等都会对磨刃质量造成影响，从而影响整把刀子（钳子）的质量。

发明内容

本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是克服现有手工磨刃存在 的劳动强度大、产品质量不稳定等缺陷，提供一种基于动态自优化运动控制技术的刃口磨加工系统。

为达到上述目的，本发明的基于动态自优化运动控制技术的刃口磨加工系统，包括送料装置、实现动态自优化运动控制的机器人、磨加工装置，其特征是：所述机器人配置有用于从所述送料装置夹紧工件并向所述送料装置送回工件的夹具，所述夹具包括第一夹臂、第二夹臂，所述第一夹臂或/和第二夹臂被驱动做相向运动从所述送料装置夹紧工件，所述第一夹臂或/和第二夹臂被驱动向所述送料装置送回工件。

作为优选技术手段：所述送料装置包括步进转动的转盘及均布在所述转盘上的存储座，所述转盘步进转动的步调与所述机器人的动作适配。

作为优选技术手段：所述机器人进行一次夹紧工件并送回工件，所述转盘步进转动一次。

作为优选技术手段：所述工件为钳子，所述第一夹臂上设有与工件形状相吻合的第一夹持位，所述第二夹臂上设有盖板，所述盖板覆盖所述第一夹持位来夹持工件，所述盖板离开所述第一夹持位来松开工件。

作为优选技术手段：所述钳子包括第一钳体、第二钳体，所述第一钳体与第二钳体均设有枢轴孔，所述第一夹臂或/和盖板上设有对应所述第一夹持位的销轴，所述盖板覆盖所述第一夹持位时所述销轴插入所述枢轴孔。

作为优选技术手段：所述第一夹持位的侧壁上设有弹性卡珠。

作为优选技术手段：所述第一夹持位具有限位凸筋。

作为优选技术手段：所述工件为刀片，所述第一夹臂上设有与工件形状相吻合的第一夹持位，所述第二夹臂上设有第二夹持位，所述第一夹持位、第二夹持位对称，所述第一夹臂或/和第二夹臂被驱动做相向运动实现所述第一夹持位、第二夹持位从所述送料装置夹紧工件，所述第一夹臂或/和第二夹臂被驱动做相背运动实现所述第一夹持位、第二夹持位向所述送料装置送回工件。

作为优选技术手段：所述第一夹持位、第二夹持位的形状与所述刀片尾部的形状相吻合。

作为优选技术手段：所述刀片的尾部具有枢轴孔，所述第一夹臂或/和第二夹臂上设有销轴，所述第一夹持位、第二夹持位夹紧工件时所述销轴插入所述枢轴孔。

本发明通过为机器人配置有用于从送料装置夹紧工件并向送料装置送回工件的夹具，实现对工件的有效抓取。

目前机器人本体的设计往往不涉及末端执行器的非标设计，而这部分恰恰是机器人开发应用成败的关键。本发明的夹具作为末端执行器是机器人直接执行工作的装置，它对扩大机器人的作业功能、应用范围和提高工作效率都有重要作用，对夹具的结构进行调整，可以抓取不同特征的工件。

附图说明

图1为本发明基于动态自优化运动控制技术的刃口磨加工系统的示意图；

图2为本发明的夹具抓取（夹持）钳子时的看示意图；

图3为图2所示结构的分解示意图；

图4为一种刀片的示意图；

图5为用于抓取刀片的第一夹臂的示意图；

图6为图5的右视图；

图7为用于抓取刀片的第二夹臂的示意图；

图8为图7的左视图；

图中标号说明：

01-送料装置，11-转盘，12-存储座；

02-机器人；

03-磨加工装置，31-砂带；

04-夹具，41-第一夹臂，42-第二夹臂，43-第一夹持位，44-盖板，45-销轴，46-弹性卡珠，47-限位凸筋，48-第一夹臂，49-第二夹臂，410-第一夹持位，411-第二夹持位，412-销轴；

05-钳子，51-第一钳体，52-第二钳体，53-枢轴孔；

06-刀片，61-枢轴孔。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明做进一步说明。

如图1所示，该基于动态自优化运动控制技术的刃口磨加工系统，包括送料装置01、实现动态自优化运动控制的机器人02、磨加工装置03，机器人02配置有用于从送料装置夹紧工件并向送料装置送回工件的夹具04，夹具04包括第一夹臂、第二夹臂，第一夹臂或/和第二夹臂被驱动做相向运动从送料装置01夹紧工件，第一夹臂或/和第二夹臂被驱动向送料装置送回工件。

基于上述方案，送料装置用于转运工件，即将工件转运来由机器人、夹具抓取并靠向磨加工装置进行磨加工，磨加工后的工件再被机器人送回到送料装置，由送料装置送走。

所述的机器人，优选六轴机器人，而对第一夹臂、第二夹臂的驱动，可采用气动驱动、液压驱动或电动驱动，通过传动机构进行作业。这三种驱动方式比较如下：

气动驱动：其优点是气源获得方便，安全而不会引起燃爆，可直接用于高温作业，结构简单，造价低。其缺点是压缩空气常用压力为4～6bar，要获得大的握力，结构将相应加大，空气可压缩性大，工作平稳性和位置精度稍差，但有时因气体的可压缩性，使气动末端执行器的抓取运动具有一定的柔顺性。

液压驱动：其优点是液压力比气压大，以较紧凑的结构可获得较大的握力，油液介质可压缩性小传动刚度大，工作平稳可靠，位置精度高。力、速度易实现自动控制。其缺点是油液高温时易引起燃爆，需供油系统，成本较高。

电动驱动：其优点是一般连上减速器可获得足够大的驱动力和力矩，并可实现末端执行器的力与位置控制。其缺点是不宜用于防爆要求的条件下，因电机有可能产生火花和发热。

而实现准确抓取与放开工件，则采用关键工位机器人感知技术——视觉识别定位。机器人在抓取工件前必须对工件的位置、形态、角度等做出精确的判断，才能准确地完成抓取动作，因此优选用机器人视觉识别定位技术辅助机器人末端执行器的工作。

而且，借助机器人的动态自优化运动控制技术，能同时规划机械臂的路径和轨迹，加大运动加速度，减少运动时间，最大限度地提高可操作性。该方法利用冗余机器人运动等在移动与操纵机械臂，通过机器人配置变量以最好地实现松散耦合的障碍避免和优化的目标，有以下几个特点。

a)所有轨迹的代表在一次的CT空间内不断的改善同步规划和执行，建立一个路径(轨迹、顺序或递增)不同的算法，使一整个路径（轨迹）可以成为最后的结果的规划过程。在任何时间点上，都随时可以提供一个快速有效的路径（轨迹）来继续生产，以适应全局规划的实际需要。

b)不同的优化准则（例如减少能源和时间）优化操作性，可灵活方便地安置在一个无缝的连续电脑断层空间，而不是局限在某一个有限的图形或路线图。

c)我们的计划者在本质上是不同的，并行多目前所有的时间轨迹让瞬间的机器人的运动急剧调整，以适应意识到在新的环境的变化。这与只是基于对已知的同伦路径设置本地轨迹调整能力是不同的。

d)轨道搜索和评估其最优的不断适应变化的结果，但经建以前的搜索（即知识积累），被高效的实时处理。

e)由于规划和执行（即机器人的运动以下到目前为止）该计划的结果是同时的可行的部分轨迹是允许的，而机器人可以按照可行的一部分这样一个轨迹(如果它是当前最好的)并切换到一个更好的轨道以避免不可行部分。

f)由我们的策划者每多轨迹轨迹可以结束在目标区域中的一个不同的目标位置，也就是说部分指定的目标而不是一个单一的目标配置。

g)我们的规划师代表了一种冗余机器人轨迹(移动机器人)作为松耦合轨迹多余的变量采取了冗余的优势为了最好地实现避障各种优化目标。

磨加工装置03，优选砂带机，工件被移至砂带机的砂带31上被磨加工。根据需要磨加工的部位即机器人的动作，可以配置2台或者更多的砂带机。

为了提高送料效率，送料装置01包括步进转动的转盘11及均布在转盘上的存储座12，存储座用于存储工件，转盘步进转动的步调与机器人的动作适配。具体的，机器人进行一次夹紧工件并送回工件，转盘步进转动一次，即转盘步进转动一次，一个存储座转动到取料位置，在此由机器人、夹具取料，之后机器人、夹具将工件靠向磨加工装置进行磨加工，磨加工后，再由机器人、夹具将工件送回到取料位置的存储座；接着，转盘转动一个角度，将下一个存储座转至取料位置；转盘如此间歇性动作，即可逐一的配合机器人对工件磨加工。

如图2-3所示，该系统可以磨加工钳子的刃口，即工件为钳子05，第一夹臂41上设有与工件形状相吻合的第一夹持位43，第一夹持位可以设于一个单独的构件如夹头座上，再将夹头座装配在第一夹臂上成为第一夹臂的构成部分，也可直接在第一夹臂上设第一夹持位，第二夹臂42上设有盖板44，盖板同样可以与第二夹臂一体或者作为独立的构件装配在第二夹臂上作为第二夹臂的构成部分，盖板被驱动覆盖第一夹持位来夹持工件，盖板被驱动离开第一夹持位来松开工件。钳子05包括第一钳体51、第二钳体52，第一钳体与第二钳体均设有枢轴孔53，第一夹臂和盖板上均设有对应第一夹持位的销轴45，盖板覆盖第一夹持位时销轴45插入枢轴孔53，对钳体定位，显然的，也可仅在第一夹臂或盖板上设销轴。为了更为可靠地对钳体定位，第一夹持位的侧壁上设有弹性卡珠46；第一夹持位具有限位凸筋47。

如图4-8所示，该系统还可以磨加工刀片的刃口，即工件为刀片06（参见图4），第一夹臂48上设有与工件形状相吻合的第一夹持位410，第二夹臂49上设有第二夹持位411，第一夹持位、第二夹持位对称，第一夹臂或/和第二夹臂被驱动做相向运动实现第一夹持位、第二夹持位从送料装置夹紧工件，第一夹臂或/和第二夹臂被驱动做相背运动实现第一夹持位、第二夹持位向送料装置送回工件。为了更为可靠地对刀片定位，第一夹持位、第二夹持位的形状与刀片尾部的形状相吻，以确保对刀片的等位与固定。刀片的尾部具有枢轴孔61，第一夹臂和第二夹臂上设有销轴412，第一夹持位、第二夹持位夹紧工件时销轴插入枢轴孔。

对比传统手工磨刃，本发明具以下特点：

1.提高磨刃质量，并保证质量稳定一致；

2.降低生产成本，提高生产率，一天可24小时连续生产；

3.改善工人劳动条件，可在有害环境下长期工作；

4.降低对工人操作技术的要求；

5.缩短产品改型换代的周期，减少相应的投资设备；

6.可再开发性，用户可根据不同样件进行二次编程。具有可长期进行打磨作业、保证产品的高生产率、高质量和高稳定性等特点。

Claims (10)

1.基于动态自优化运动控制技术的刃口磨加工系统，包括送料装置（01）、实现动态自优化运动控制的机器人（02）、磨加工装置（03），其特征是：所述机器人配置有用于从所述送料装置夹紧工件并向所述送料装置送回工件的夹具（04），所述夹具包括第一夹臂、第二夹臂，所述第一夹臂或/和第二夹臂被驱动做相向运动从所述送料装置夹紧工件，所述第一夹臂或/和第二夹臂被驱动向所述送料装置送回工件。

2.根据权利要求1所述的基于动态自优化运动控制技术的刃口磨加工系统，其特征是：所述送料装置（01）包括步进转动的转盘（11）及均布在所述转盘上的存储座（12），所述转盘步进转动的步调与所述机器人的动作适配。

3.根据权利要求2所述的基于动态自优化运动控制技术的刃口磨加工系统，其特征是：所述机器人进行一次夹紧工件并送回工件，所述转盘步进转动一次。

4.根据权利要求1所述的基于动态自优化运动控制技术的刃口磨加工系统，其特征是：所述工件为钳子（05），所述第一夹臂上设有与工件形状相吻合的第一夹持位，所述第二夹臂上设有盖板，所述盖板覆盖所述第一夹持位来夹持工件，所述盖板离开所述第一夹持位来松开工件。

5.根据权利要求4所述的基于动态自优化运动控制技术的刃口磨加工系统，其特征是：所述钳子包括第一钳体、第二钳体，所述第一钳体与第二钳体均设有枢轴孔，所述第一夹臂或/和盖板上设有对应所述第一夹持位的销轴，所述盖板覆盖所述第一夹持位时所述销轴插入所述枢轴孔。

6.根据权利要求4所述的基于动态自优化运动控制技术的刃口磨加工系统，其特征是：所述第一夹持位的侧壁上设有弹性卡珠（46）。

7.根据权利要求4所述的基于动态自优化运动控制技术的刃口磨加工系统，其特征是：所述第一夹持位具有限位凸筋（47）。

8.根据权利要求1所述的基于动态自优化运动控制技术的刃口磨加工系统，其特征是：所述工件为刀片（06），所述第一夹臂上设有与工件形状相吻合的第一夹持位，所述第二夹臂上设有第二夹持位，所述第一夹持位、第二夹持位对称，所述第一夹臂或/和第二夹臂被驱动做相向运动实现所述第一夹持位、第二夹持位从所述送料装置夹紧工件，所述第一夹臂或/和第二夹臂被驱动做相背运动实现所述第一夹持位、第二夹持位向所述送料装置送回工件。

9.根据权利要求1所述的基于动态自优化运动控制技术的刃口磨加工系统，其特征是：所述第一夹持位、第二夹持位的形状与所述刀片尾部的形状相吻合。

10.根据权利要求9所述的基于动态自优化运动控制技术的刃口磨加工系统，其特征是：所述刀片的尾部具有枢轴孔，所述第一夹臂或/和第二夹臂上设有销轴，所述第一夹持位、第二夹持位夹紧工件时所述销轴插入所述枢轴孔。