CN112139860A - 基于力控机器人打磨的柔顺轨迹输出方法及其实施装置 - Google Patents
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Abstract
一种力控机器人自动打磨技术领域的基于力控机器人打磨的柔顺轨迹输出方法及其实施装置，方法包括以下步骤：机器人将打磨工件抓取后，启动打磨程序，机器人将工件移动到打磨位置；根据打磨工件的外形，将打磨轨迹预先分成不同的段落，每个段落上根据轨迹的形状设置2到3个示教打磨点，然后启动打磨轨迹搜寻程序，并开启力控程序，机器人将打磨工件靠近打磨工具进行力控恒力贴合，并进行点位信息采集；机器人按照初设的示教打磨点的位置，自动寻找每段轨迹上的所有打磨点，并采集每段上所有打磨点的位置信息后，系统会自动生成轨迹的运行指令并保存。本发明可以简单快捷的输出机器人的打磨轨迹，不仅解决了以往打磨轨迹示教麻烦、示教时间长的问题，还节省了通过离线编程打磨轨迹的人工成本和定位工装的制造成本。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种力控机器人自动打磨技术领域的打磨轨迹控制装置，特别涉及到的是一种带有六维力传感器的基于力控机器人打磨的柔顺轨迹输出方法及其实施装置。
背景技术
随着机器人行业的快速发展，大量的机器人在打磨领域应用的也越来越广泛。机器人打磨已经在很多打磨领域取代了人工，存在很多优势，对一打磨路径比较简单得零件，只需要人工示教出打磨路径上的几个关键点，然后机器人沿着固定的轨迹进行走直线或者圆弧以完成打磨，这样打磨后的零件表面粗糙度基本可以满足要求，但是对于打磨轨迹比较复杂、零件铸造加工一致性比较差、打磨精度要求高的零件，示教点不仅多而且有些路径还比较复杂，需要示教者对每个点去示教以便完成打磨轨迹的规划，并对路径进行优化设置，不仅对示教者的能力要求高，还需要花费很多示教时间。
除了示教打磨机器人的轨迹，还有一种方式是通过三位建模、离线编程的方式来提取打磨轨迹并转换成机器人打磨轨迹，在使用这种方式打磨的时候，必须保证机器人跟打磨工件的位置信息与仿真时保持一致，不仅需要根据机器人品牌去购买对应的离线编程软件，还需要用视觉标定或者高精度的定位工装来保证机器人与工件的相对位置关系。目前市场上几大品牌的机器人支持的离线编程软件都是唯一的，不同品牌的机器人无法使用同一种离线编程软件，这样就要求编程人员可熟练使用不同品牌机器人的离线编程软件，还需要制作高定位精度的工装，增加了人员的技能要求和相应的制造成本。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出一种基于力控机器人打磨的柔顺轨迹输出方法及其实施装置，可以快速完成打磨轨迹输出的方法，并且机器人可以直接调用去对工件进行打磨。
本发明是通过以下技术方案来实现的，本发明的方法包括以下步骤：第一，在系统上电并且通讯连接正常后，启动机器人抓取程序，机器人将打磨工件抓取后，系统自动启动打磨程序，机器人将工件移动到打磨位置；第二，根据打磨工件的外形，将打磨轨迹预先分成不同的段落，每个段落上根据轨迹的形状设置2到3个示教打磨点，然后启动打磨轨迹搜寻程序，开启力控程序，机器人将打磨工件靠近打磨工具进行力控恒力贴合，并进行点位信息采集；第三，机器人按照初设的示教打磨点的位置，在保持打磨工件与打磨工具恒力贴合的同时，自动寻找每段轨迹上的所有打磨点，并采集每段上所有打磨点的位置信息后，系统会自动生成轨迹的运行指令并保存。
进一步地，在本发明的方法中，打磨工件指的是质量合格的零件。打磨轨迹是指打磨后合格零件的外形，使用生成的打磨轨迹去打磨工件，打磨的质量可以得到很好的保证。每个段落轨迹上设置2个示教打磨点，对于不同的打磨轨迹样式，只需要示教不同轨迹交点处的位置点和每段轨迹上的任意一点即可，即每段轨迹用2个示教点就可以完成所有打磨点的示教，示教点的数量大大减少。力控恒力贴合，指的是打磨工件与打磨工具不仅是物理上的贴合，也指的是在每个轨迹点，打磨工件和打磨工具之间的相互作用力都和预设的恒力保持相同。点位信息采集，是按照50ms的时间间隔和设定的恒力值±1N的双重标准进行点位的信息采集。搜寻轨迹，即机器人根据工件与打磨工具接触力的大小进行移动，所有移动的点位形成的轨迹就是打磨轨迹。在每个点位处，接触力之间的偏差在±1N范围内进行变化，即可当成是恒力。移动，指定是使用MoveL插补方式的运行程序，机器人移动到示教点后，同时启动力控恒力贴合，就可以以设定的恒力自动寻找下一个轨迹点。自动生成轨迹指令，指的是机器人在自动寻找打磨轨迹的同时，系统同时记录下每个点位的位置信息并生成运动指令，待轨迹寻找完成后，运动指令也生成完成并保存，并可供机器人直接调用。打磨轨迹包括直角，圆弧角，直线，圆弧。
本发明的实施装置包括机器人安装座、六轴机器人、六维力传感器、抓手连接板、机器人抓手、打磨工件、打磨工具、打磨工具安装台、机器人控制柜、力控制器、机器人力控移动单元，六轴机器人的下端通过螺栓固定在机器人安装底座上，六维力传感器通过螺钉固定在六轴机器人末端法兰，机器人抓手通过抓手连接板跟六维力传感器的另外一端进行连接，打磨工件布置在机器人抓手上；打磨工具布置在打磨工具安装台上，力控制器、机器人力控移动单元布置在机器人控制柜上；力控制器与机器人控制柜之间采用EtherCAT协议进行通讯，六维力传感器与力控制器间通过RJ45接口的网线进行通讯连接。
进一步地，在本发明的实施装置中，六轴机器人可以是各种品牌的机器人，比如KUKA、ABB、FANUC、安川以及国内品牌机器人。
更进一步地，在本发明的实施装置中，机器人安装底座，是可以对机器人进行地面固定或者倒立安装的底座，在安装时，需按照机器人固定说明书进行安装，确保机器人运行平稳安全。
更进一步地，在本发明的实施装置中，六维力传感，采用一体式数字设计，内部集成信号采集处理模块，可直接输出力值或者力矩值，支持EtherCAT通讯。上面有四个安装螺纹孔和2个定位销孔，可确保测量力的方向与机器人的坐标一致。
更进一步地，在本发明的实施装置中，机器人抓手，包含夹紧气缸、夹紧块、电磁阀，夹紧气缸的进气口和出气口与电磁阀进行连接。夹紧块与夹紧气缸的气爪通过螺丝进行连接。夹紧气缸，是标准气缸，在气压满足要求的情况下，可夹紧打磨工件，确保在打磨工件的过程中，工件位置稳定。夹紧块，采用尼龙材质，仿形圆弧设计，既可保证足够的强度，也能够完全贴合夹紧面，尼龙材料与工件之间摩擦系数大，夹紧力大。
更进一步地，在本发明的实施装置中，抓手连接板有两面安装孔，既可以连接六维力传感器也可以连接机器人抓手；采用碳钢材质加工，不易变形，强度高，结构稳定。
更进一步地，在本发明的实施装置中，打磨设备可以是常用的打磨设备，包括电动角磨机、气动角磨机、气动抛光机、电动砂带机、气动磨头等，本方法是根据打磨工件的材质选用的一款电动打磨头，采用钨合金磨头，可有效对铝合金铸件进行去毛边、毛刺，打磨效率高，质量优。
更进一步地，在本发明的实施装置中，打磨工件打磨轨迹是由曲线、直线、圆弧拐角、直角型拐角构成，轨迹比较复杂，具备各种轨迹的代表型。
更进一步地，在本发明的实施装置中，机器人控制柜，指的是与机器人本体适配的控制柜，包括各种驱动模块和供电模块；力控制器，支持EtherCAT总线，支持1ms的控制周期，内嵌服务器，支持多种终端访问，与机器人控制柜进行连接，可控制机器人本体的各种运动；机器人力控移动单元，基于Web网页的一种示教器，支持复杂可视化编程，集成3D实时引擎，可用于实时展示、仿真、监控和示教。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果为：本发明是用六维力传感器通过感知打磨工件与打磨工具之间的接触力，自动输出打磨轨迹。通过每段打磨轨迹上的2到3个打磨点，去自动搜寻该打磨轨迹上的所有的打磨点，然后自动生成机器人轨迹运动指令并保存。通过此方法，可以简单快捷的输出机器人的打磨轨迹，不仅解决了以往打磨轨迹示教麻烦、示教时间长的问题，还节省了通过离线编程打磨轨迹的人工成本和定位工装的制造成本。
附图说明
图1为本发明实施例实施装置的总体结构示意图；
图2为图1的局部放大图；
图3为本发明实施例机器人抓手的结构示意图；
图4为本发明实施例打磨工件的立体结构示意图；
图5为本发明实施例打磨工件的俯视图；
其中，1、机器人安装座，2、六轴机器人，3、六维力传感器，4、抓手连接板，5、机器人抓手，6、打磨工件，7、打磨工具，8、机器人控制柜，9、力控制器，10、机器人力控移动单元，11、夹紧气缸，12、夹紧块，13、直角，14、圆弧角，15、直线，16、圆形，17、打磨工具安装台。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
具体实施例如图1至图5所示，本发明的实施装置包括机器人安装座1、六轴机器人2、六维力传感器3、抓手连接板4、机器人抓手5、打磨工件6、打磨工具7、打磨工具安装台17、机器人控制柜8、力控制器9、机器人力控移动单元10，六轴机器人2的下端通过螺栓固定在机器人安装底座1上，六维力传感器3通过螺钉固定在六轴机器人2末端法兰，机器人抓手5通过抓手连接板4跟六维力传感器3的另外一端进行连接，打磨工件6布置在机器人抓手5上；打磨工具7布置在打磨工具安装台17上，力控制器9、机器人力控移动单元10布置在机器人控制柜8上；力控制器9与机器人控制柜9之间采用EtherCAT协议进行通讯，六维力传感器3与力控制器9间通过RJ45接口的网线进行通讯连接；机器人抓手5包含夹紧气缸11、夹紧块12、电磁阀，夹紧气缸11的进气口和出气口与电磁阀进行连接，夹紧块12与夹紧气缸11的气爪通过螺丝进行连接。六维力传感3采用一体式数字设计，内部集成信号采集处理模块，可直接输出力值或者力矩值，支持EtherCAT通讯；机器人控制柜8包括各种驱动模块和供电模块；力控制器9，支持EtherCAT总线，支持1ms的控制周期，内嵌服务器，支持多种终端访问，与机器人控制柜8进行连接，可控制机器人本体的各种运动；机器人力控移动单元10，基于Web网页的一种示教器，支持复杂可视化编程，集成3D实时引擎，可用于实时展示、仿真、监控和示教。打磨工件6上包括直角13、圆弧角14、直线15、圆形16。打磨工具7根据打磨工件6选用的一款电动打磨头，采用钨合金磨头，可有效对铝合金铸件进行去毛边、毛刺。
在本发明的实施过程中，在系统上电并通讯连接正常后，启动机器人抓取程序，六轴机器人2将打磨工件6抓取后，启动打磨程序，六轴机器人2将打磨工件6移动到打磨位置。根据打磨工件的外形，将打磨轨迹预先分成不同的段落，每个段落上根据轨迹的形状设置两个示教打磨点，然后启动打磨轨迹搜寻程序，并开启力控程序，六轴机器人2将打磨工件6靠近打磨工具7进行力控恒力贴合，并进行点位信息采集。六轴机器人2按照初设的示教打磨点的位置，自动寻找每段轨迹上的所有打磨点，并采集每所有打磨点的位置信息后，系统会自动生成轨迹的运行指令并保存。在搜寻轨迹的过程中，一直保持工件与打磨工具7恒力贴合。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (10)
1.一种基于力控机器人打磨的柔顺轨迹输出方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一，在系统上电并通讯连接正常后，启动机器人抓取程序，机器人将打磨工件抓取后，启动打磨程序，机器人将工件移动到打磨位置；
第二，根据打磨工件的外形，将打磨轨迹预先分成不同的段落，每个段落上根据轨迹的形状设置2到3个示教打磨点，然后启动打磨轨迹搜寻程序，开启力控程序，机器人将打磨工件靠近打磨工具进行力控恒力贴合，并进行点位信息采集；
第三，机器人按照初设的示教打磨点的位置，在保持打磨工件与打磨工具恒力贴合的同时，自动寻找每段轨迹上的所有打磨点，并采集每所有打磨点的位置信息后，系统会自动生成轨迹的运行指令并保存。
2.根据权利要求1所述的基于力控机器人打磨的柔顺轨迹输出方法，其特征在于所述力控恒力贴合为打磨工件与打磨工具不仅是物理上的贴合，同时在每个轨迹点，打磨工件和打磨工具之间的相互作用力都和预设的恒力相同。
3.根据权利要求1所述的基于力控机器人打磨的柔顺轨迹输出方法，其特征在于所述点位采集为按照50ms的时间间隔和设定的恒力值±1N的双重标准进行点位的信息采集。
4.一种实施权利要求1所述基于力控机器人打磨的柔顺轨迹输出方法的装置，包括机器人安装座、六轴机器人，六轴机器人的下端通过螺栓固定在机器人安装底座上，其特征在于，还包括六维力传感器、抓手连接板、机器人抓手、打磨工件、打磨工具、打磨工具安装台、机器人控制柜、力控制器、机器人力控移动单元；六维力传感器通过螺钉固定在六轴机器人末端法兰，机器人抓手通过抓手连接板跟六维力传感器的另外一端进行连接，打磨工件布置在机器人抓手上；打磨工具布置在打磨工具安装台上，力控制器、机器人力控移动单元均布置在机器人控制柜上；力控制器与机器人控制柜之间采用EtherCAT协议进行通讯，六维力传感器与力控制器间通过RJ45接口的网线进行通讯连接。
5.根据权利要求4所述的所述基于力控机器人打磨的柔顺轨迹输出方法实施装置，其特征在于，所述六维力传感采用一体式数字设计，内部集成信号采集处理模块，可直接输出力值或者力矩值，支持EtherCAT通讯。
6.根据权利要求4所述的所述基于力控机器人打磨的柔顺轨迹输出方法实施装置，其特征在于，所述机器人抓手包含夹紧气缸、夹紧块、电磁阀，夹紧气缸的进气口和出气口与电磁阀进行连接，夹紧块与夹紧气缸的气爪通过螺丝进行连接。
7.根据权利要求6所述的所述基于力控机器人打磨的柔顺轨迹输出方法实施装置，其特征在于，所述夹紧气缸是标准气缸，在气压满足要求的情况下，可夹紧打磨工件；所述夹紧块采用尼龙材质，仿形圆弧设计。
8.根据权利要求4所述的所述基于力控机器人打磨的柔顺轨迹输出方法实施装置，其特征在于所述抓手连接板采用碳钢材质加工，有两面安装孔，既可以连接六维力传感器也可以连接机器人抓手。
9.根据权利要求4所述的所述基于力控机器人打磨的柔顺轨迹输出方法实施装置，其特征在于所述打磨工具包括但不限于电动角磨机、气动角磨机、气动抛光机、电动砂带机、气动磨头。
10.根据权利要求4所述的所述基于力控机器人打磨的柔顺轨迹输出方法实施装置，其特征在于所述机器人控制柜，指的是与机器人本体适配的控制柜，包括各种驱动模块和供电模块；所述力控制器，支持EtherCAT总线，支持1ms的控制周期，内嵌服务器，支持多种终端访问，与机器人控制柜进行连接，可控制机器人本体的各种运动；所述机器人力控移动单元，基于Web网页的一种示教器，支持复杂可视化编程，集成3D实时引擎，可用于实时展示、仿真、监控和示教。
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