CN112828728B - 叶片精整作业机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于高精度自动化复杂曲面精整技术领域，具体涉及一种叶片精整作业机器人系统，旨在解决现有技术中航空发动机叶片精整作业自动化程度低、效率低、加工件加工精度和表面质量精度低与不稳定的问题。本申请系统中的上位机模块能够在线测量待加工叶片当前三维尺寸数据，并与待加工叶片目标尺寸数据的比对计算，将外形尺寸加工余量转化为机器人工艺参数，根据航空发动机叶片曲面外形与机器人工艺参数对机器人的精整运动路径进行规划，并向机器人控制器发出精整运动控制指令程序，同时借助力控柔顺系统，实现对复杂曲面叶片对象的高精度自动化精整。

Description

叶片精整作业机器人系统

技术领域

本发明属于高精度自动化复杂曲面精整技术领域，具体涉及一种叶片精整作业机器人系统。

背景技术

叶片是航空发动机动力装置的重要核心零件，是发动机中种类与数量最多的一类零件，形状复杂，其加工精度和表面质量对这些动力装置的工作效率和可靠性有较大影响。因此研究叶片的高效率、高精度和高可靠性的精密加工技术及方法有着重大意义和应用价值。

目前，国内对叶片表面的精加工处理方式多采用手工经验抛磨，此抛磨方式耗时长、产能差、良品率低，且工作环境极差，不适合工人长期高强度工作，此外，现有技术中的航空发动机叶片精整作业由于自动化程度低，导致加工效率低、加工件加工精度和表面质量精度低与不稳定的问题，因此，需要一种新的航空发动机叶片精整作业系统，以解决或至少减轻上述问题的发生。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有技术中航空发动机叶片精整作业自动化程度低、效率低、加工件加工精度和表面质量精度低与不稳定的问题。本发明提供一种全封闭、全自动的叶片精整作业机器人系统用于对单叶片的各个叶片部分进行全部磨抛，该系统包括上位机模块，以及分别与所述上位机模块通信连接的机器人、三维尺寸测量模块、第一磨抛模块和第二磨抛模块；

所述机器人用于执行所述上位机模块的控制指令，夹持待加工叶片运动；

所述三维尺寸测量模块用于获取待加工叶片当前尺寸，并生成尺寸数据反馈给所述上位机模块；

所述第一磨抛模块用于对待加工叶片的叶缘和/或叶顶进行加工；

所述第二磨抛模块用于对待加工叶片的叶面和/或叶根圆角及过渡进行加工；

所述上位机模块配置为：基于所述尺寸数据生成控制指令，并控制所述机器人夹持待加工叶片运动至指定位置以对待加工叶片表面进行磨抛加工，所述指定位置包括所述第一磨抛模块的加工端和所述第二磨抛模块的加工端。

在一些优选技术方案中，所述第一磨抛模块包括第一磨抛机构、第一驱动机构和第一检测机构，所述第一磨抛机构包括第一砂带、第一固定支座和第一活动支座；

所述第一固定支座包括竖直部，所述第一活动支座活动装设于所述竖直部，所述第一活动支座能够在所述第一驱动机构的驱动下相对于所述第一固定支座沿水平方向运动；

所述第一活动支座包括开口方向背向设置的第一U型结构和第二U型结构，所述第一U型结构的两端分别装设有结构相同的支撑带轮，所述第二U型结构的两端分别装设有第一驱动带轮和第一张紧轮，所述第一张紧轮通过第一张紧组件活动设置于所述第二U型结构，所述第一驱动带轮的轴线垂直于所述竖直部设置且所述第一驱动带轮具有绕自身轴线转动的自由度；

所述第一砂带包覆于所述第一张紧轮、两个所述支撑带轮和所述第一驱动带轮设置，所述第一砂带能够在所述第一驱动带轮的带动下移动；

所述第一张紧组件连接于所述第一张紧轮和所述第一活动支座之间，所述第一张紧组件能够调整所述第一张紧轮相对于所述第一驱动带轮的位置以调整所述第一砂带的张紧度；

所述竖直部还装设有支撑模板，所述支撑模板位于所述第一U型结构中部，所述支撑模板的作用面用于与所述第一砂带的带面紧密配合并支撑所述第一砂带，在所述第一驱动机构的驱动下，所述第一砂带能够与所述活动支座同步运动以靠近或远离所述支撑模板。

在一些优选技术方案中，所述第一驱动机构包括第一摆动连杆组件和第一驱动装置；

所述第一摆动连杆组件包括两个平行间隔设置的第一摆动连杆，两个所述第一摆动连杆两端分别与所述第一活动支座和所述竖直部连接，所述第一活动支座、两个所述第一摆动连杆、所述第一固定支座构成平行四边形结构；

所述第一驱动装置一端与所述第一固定支座固定，另一端通过所述第一摆动连杆与所述第一活动支座连接，所述第一驱动装置与所述上位机模块通信连接，所述第一驱动装置能够接收所述上位机模块的控制指令推动所述第一摆动连杆，以改变所述第一摆动连杆相对于水平面的角度进而带动所述第一活动支座沿水平运动。

在一些优选技术方案中，所述第一检测机构用于检测所述活动支座的位置坐标和所述第一砂带的磨抛力，所述第一检测机构的输出端与所述上位机模块通信连接，所述上位机模块基于所述第一检测机构的输出信号，通过预设的控制规则生成所述第一驱动装置的控制信号，以控制所述第一砂带对待加工叶片表面的磨抛力。

在一些优选技术方案中，所述第二磨抛模块包括第二磨抛机构、第二驱动机构和第二检测机构，所述第二磨抛机构包括第二砂带、第二固定支座和第二活动支座；

所述第二活动支座活动装设于所述第二固定支座，所述第二活动支座能够在所述第二驱动机构的驱动下相对于所述第二固定支座沿水平方向运动；

所述第二活动支座包括水平部，所述水平部一端装设有磨抛轮转位机构，所述水平部的上下两侧分别装设有第二驱动带轮和第二张紧机构，所述第二张紧机构包括第二张紧轮和第二张紧组件，所述第二张紧轮、所述磨抛轮转位机构和所述第二驱动带轮呈三角形分布；

所述第二砂带包覆于所述第二张紧轮、所述磨抛轮转位机构和所述第二驱动带轮设置，所述第二砂带能够在所述第二驱动带轮的带动下移动；

所述磨抛轮转位机构包括转动轴以及若干个沿转动轴周向均匀分布且大小互不相同的磨抛轮，若干个所述磨抛轮能够同时绕所述转动轴的轴线转动，在工作状态下，有且仅有一个所述磨抛轮与所述第二砂带紧密贴合，当所述磨抛轮与所述第二砂带紧密贴合时，所述磨抛轮与所述转动轴之间的连线水平设置；

所述第二张紧组件连接于所述第二张紧轮和所述第二活动支座之间，所述第二张紧组件能够调整所述第二张紧轮相对于所述第二驱动带轮的位置以调整所述第二砂带的张紧度。

在一些优选技术方案中，所述第二磨抛机构还包括锁紧机构，所述磨抛轮转位机构与所述锁紧机构连接，所述锁紧机构用于限制所述磨抛轮绕所述转动轴的转动自由度。若干个所述磨抛轮分别通过磨抛轮连杆与所述转动轴连接，所述磨抛轮连杆上设置有预制孔，所述锁紧机构包括用于与所述预制孔匹配的锁紧销和解锁气缸，所述解锁气缸与所述锁紧销连接，所述解锁气缸能够驱动所述锁紧销与所述预制孔匹配或与所述预制孔分离。

在一些优选技术方案中，所述锁紧机构还包括锁紧支撑杆、锁紧弹簧和动支砂带块；

所述解锁气缸固定端与第二活动支座连接，所述解锁气缸输出端通过解锁气缸顶杆与动支砂带块连接，所述解锁气缸本体相对于所述第二活动支座的水平部倾斜设置，所述解锁气缸能够驱动所述动支砂带块靠近或远离所述第二砂带；

所述锁紧支撑杆一端装设于所述磨抛轮转位机构上方，另一端向所述磨抛轮转位机构径向延伸，所述锁紧支撑杆通过所述锁紧弹簧与所述解锁气缸顶杆连接；

所述锁紧弹簧一端与所述锁紧支撑杆固定，另一端与所述锁紧销连接；所述锁紧弹簧在自然状态下，所述锁紧销与所述预制孔配合，所述解锁气缸顶杆中部与所述锁紧弹簧连接，所述解锁气缸驱动所述动支砂带块靠近所述第二砂带时，所述锁紧弹簧被压缩并带动所述锁紧销与所述预制孔分离。

在一些优选技术方案中，所述第二驱动机构包括第二摆动连杆组件和第二驱动装置；

所述第二摆动连杆组件包括两个平行间隔设置的第二摆动连杆，两个所述第二摆动连杆两端分别与所述水平部和所述第二固定支座连接，所述水平部、两个所述第二摆动连杆、所述第二固定支座构成平行四边形结构；

所述第二驱动装置一端与所述第二固定支座固定，另一端通过所述第二摆动连杆与所述第二活动支座连接，所述第二驱动装置与所述上位机模块通信连接，所述第二驱动装置能够接收所述上位机模块的控制指令推动所述第二摆动连杆，以改变所述第二摆动连杆相对于水平面的角度进而带动所述第二活动支座沿水平方向运动。

在一些优选技术方案中，所述第二检测机构用于检测所述第二活动支座的位置坐标和所述第二砂带的磨抛力，所述第二检测机构的输出端与所述上位机模块通信连接，所述上位机模块基于所述第二检测机构的输出信号，通过预设的控制规则生成所述第二驱动装置的控制信号，以控制所述第二砂带对待加工叶片表面的磨抛力。

在一些优选技术方案中，所述第一磨抛模块和所述第二磨抛模块均装设有砂带磨损补偿机构，所述砂带磨损补偿机构用于检测所述第一砂带/所述第二砂带的厚度变化量并发送至所述上位机模块，所述上位机模块基于所述第一砂带/所述第二砂带的厚度变化量调整所述第一驱动装置/所述第二驱动装置的输出量。

在一些优选技术方案中，该系统还包括视觉传感器模块，所述视觉传感器模块用于获取待加工叶片的位姿信息作为位置信号并发送至所述上位机模块，所述上位机模块基于所述位置信号生成控制指令，以控制所述机器人运动。

在一些优选技术方案中，该系统还包括扫码模块，所述扫码模块用于识别待加工叶片的型号并录入精整叶片对象数据库，以跟踪叶片的加工质量；所述精整叶片对象数据库存储于所述上位机模块内。

在一些优选技术方案中，该系统还包括自动上下料模块，所述自动上下料模块用于自动运输待加工叶片上料和下料，实现流水作业，效率更高。

在一些优选技术方案中，该系统还包括风冷模块和接渣模块，所述风冷模块用于待加工叶片精整磨抛时吹扫冷却，清除待加工叶片表面的渣屑并降低叶片温度，防止叶片薄壁变形，增加精整精度；所述接渣模块用于收集所述渣屑，及时清理加工环境。

在一些优选技术方案中，该系统还包括防护模块，防护模块用于整个加工过程中的人员与设备的安全防护，所述防护模块包括防护门和安全传感器；所述安全传感器装设于所述防护门，所述安全传感器用于检测所述防护门的开合，所述安全传感器的输出端与所述上位机模块通过通信链路连接；所述上位机模块基于所述安全传感器的信号，控制所述机器人、所述第一磨抛模块和所述第二磨抛模块工作。当门被打开时，触发安全传感器，上位机模块获取安全传感器信号，并控制机器人、第一磨抛模块和第二磨抛模块暂停，从而保护人员安全，避免发生事故。

本发明的有益效果：

本发明的叶片精整作业机器人系统代替手工操作不仅提高了加工效率，改善了工作环境，能够较好解决叶片加工成本及表面质量难题，同时，本申请的叶片精整作业机器人系统为全封闭系统，通过全自动化控制作业解决了现有航空发动机叶片精整作业自动化程度低、效率低、加工件加工精度和表面质量精度低与不稳定的问题。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一种实施例的叶片精整作业机器人系统框架示意图；

图2为本发明一种实施例的叶片精整作业机器人系统结构示意图；

图3为本发明一种实施例中上位机模块控制第一磨抛模块/第二磨抛模块的示意图；

图4为本发明一种实施例中第一磨抛模块的结构示意图；

图5为本发明一种实施例中第一磨抛模块用于磨抛叶片叶顶时的结构示意图；

图6为本发明一种实施例中砂带磨损补偿机构的示意图；

图7为本发明一种实施例中第二磨抛模块用于磨抛叶面的示意图；

图8为本发明一种实施例中磨抛轮转位机构的结构示意图；

图9为本发明一种实施例中待加工叶片的结构示意图；

图10为本发明一种实施例中上位机模块基于检测机构的输出信号控制驱动装置的原理示意图；

图11为本发明一种实施例中第一磨抛模块用于磨抛叶缘的示意图；

图12为本发明一种实施例中第二磨抛模块用于磨抛叶片叶根圆角及过渡的示意图；

附图标记列表：

1-上位机模块；2-机器人控制器；3-机器人；4-三维尺寸测量模块；5-高精力控复合磨抛砂带模块；5.1-第一张紧轮；5.2-第一张紧活动连杆；5.3-第一X向位移传感器；5.4-第一Y向位移传感器；5.5-第一活动支座；5.6-上支撑带轮；5.7-支撑模板；5.8-模板X向压力传感器；5.9-下支撑带轮；5.10-第一X向下支撑压力传感器；5.11-第一摆动气缸连接杆；5.12-第一精密气缸；5.13-第一驱动带轮；5.14-第一驱动伺服电机；5.15-第一砂带；5.16-第一带面位移传感器；5.17-第一带背位移传感器；5.18-第一张紧气缸；5.19-第一固定支座；5.20-第一摆动连接杆；5.21-第一X向上支撑压力传感器；5'-高精力控复合磨抛砂带模块；6-高精力控磨抛轮砂带模块；6.1-第二张紧轮；6.2-第二张紧活动连杆；6.3-第二X向压力传感器；6.4-磨抛轮转位机构；6.4.1-磨抛轮一；6.4.2-转位架；6.4.3-转位电机；6.4.4-磨抛轮二；6.4.5-磨抛轮三；6.5-第二摆动连接杆；6.6-第二Y向位移传感器；6.7-第二驱动带轮；6.8-第二驱动伺服电机；6.9-第二精密气缸；6.10-第二活动支座；6.11-第二X向位移传感器；6.12-第二砂带；6.13-第二带面位移传感器；6.14-第二带背位移传感器；6.15-第二张紧气缸；6.16-第二固定支座；6.17-第二固向轮；6.18-第二摆动气缸连接杆；6.19-支撑锁紧联动机构；6.19.1-锁紧销；6.19.2-锁紧弹簧；6.19.3-动支砂带块；6.19.4-解锁气缸；6.19.5-解锁气缸顶杆；6'-高精力控磨抛轮砂带模块；7-夹持模块；8-视觉传感器模块；9-扫码模块；10-自动上下料模块；11-风冷模块；12-接渣模块；13-防护模块；14-待加工叶片，14a-叶片叶缘；14b-叶片叶顶；14c-叶片叶面；14d-叶片叶根圆角及过渡。

具体实施方式

为使本发明的实施例、技术方案和优点更加明显，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

本发明的一种叶片精整作业机器人系统，包括上位机模块，以及分别与所述上位机模块通信连接的机器人、三维尺寸测量模块、第一磨抛模块和第二磨抛模块；

所述机器人用于执行所述上位机模块的控制指令，夹持待加工叶片运动；

所述三维尺寸测量模块用于获取待加工叶片当前尺寸，并生成尺寸数据反馈给所述上位机模块；

所述第一磨抛模块用于对待加工叶片的叶缘和/或叶顶进行加工；

所述第二磨抛模块用于对待加工叶片的叶面和/或叶根圆角及过渡进行加工；

所述上位机模块配置为：基于所述尺寸数据生成控制指令，并控制所述机器人夹持待加工叶片运动至指定位置以对待加工叶片表面进行磨抛加工，所述指定位置包括所述第一磨抛模块的加工端和所述第二磨抛模块的加工端。

为了更清晰地对本发明叶片精整作业机器人系统进行说明，下面结合附图对本发明一种优选实施例进行展开详述。

作为本发明的一个优选实施例，本发明的叶片精整作业机器人系统如图1所示，包括上位机模块1，以及分别与上位机模块1通信连接的机器人3、三维尺寸测量模块4、第一磨抛模块和第二磨抛模块；

机器人3用于执行上位机模块1的控制指令，夹持待加工叶片14运动；优选地，本申请的系统还包括机器人控制器2，机器人控制器2用于接收上位机模块1的控制信号以控制机器人3，本申请的机器人3为工业机器人，机器人3可采用公知技术进行，在此不再赘述。

三维尺寸测量模块4用于获取待加工叶片14当前尺寸，并生成尺寸数据反馈给上位机模块1；

第一磨抛模块用于对待加工叶片14的叶缘和/或叶顶进行加工；

第二磨抛模块用于对待加工叶片14的叶面和/或叶根圆角及过渡进行加工；

上位机模块1配置为：基于尺寸数据生成控制指令，并控制机器人2夹持待加工叶片14运动至指定位置以对待加工叶片14表面进行磨抛加工，指定位置包括第一磨抛模块的加工端和第二磨抛模块的加工端。

具体而言，机器人3能够在上位机模块1的控制下，带动待加工叶片14移动至第一磨抛模块/第二磨抛模块的加工端对叶片进行加工，而后再将待加工叶片夹持至三维尺寸测量模块4进行测量，三维尺寸测量模块获取待加工叶片14当前尺寸，并生成尺寸数据反馈给上位机模块1，若此时待加工叶片14当前尺寸不符合规定，则上位机模块继续控制机器人使其夹持待加工叶片14至第一磨抛模块/第二磨抛模块的加工端对叶片进行加工，如此往复直至待加工叶片加工完成。

具体而言，待加工叶片结构参阅图9，本申请的叶片精整作业机器人系统能够对待加工叶片的叶片叶缘14a、叶片叶顶14b、叶片叶面14c、叶片叶根圆角及过渡14d进行加工。

在本申请的优选实施例中，第一磨抛模块能够对待加工叶片14的叶缘和/或叶顶进行加工；第二磨抛模块用于对待加工叶片14的叶面和/或叶根圆角及过渡进行加工。

具体而言，第一磨抛模块包括第一磨抛机构、第一驱动机构和第一检测机构，第一磨抛机构包括第一砂带5.15、第一固定支座5.19和第一活动支座5.5；

第一活动支座5.5与第一固定支座5.19活动连接，第一固定支座5.19包括竖直部，竖直部用于固定支撑模板5.7，以及第一检测机构中的第一X向位移传感器5.3，第一Y向位移传感器5.4，第一活动支座5.5能够在第一驱动机构的驱动下相对于第一固定支座5.19沿水平方向运动；

第一活动支座5.5包括开口方向背向设置的第一U型结构和第二U型结构，第一U型结构的两端分别装设有结构相同的支撑带轮，第二U型结构的两端分别装设有第一驱动带轮5.13和第一张紧轮5.1，第一张紧轮5.1通过第一张紧组件活动设置于第二U型结构，第一驱动带轮5.13的轴线垂直于竖直部设置且第一驱动带轮5.13具有绕自身轴线转动的自由度；

第一砂带5.15包覆于第一张紧轮5.1、两个支撑带轮和第一驱动带轮设置，第一砂带能够在第一驱动带轮的带动下移动；

第一张紧组件连接于第一张紧轮5.1和第一活动支座5.5之间，第一张紧组件能够调整第一张紧轮5.1相对于第一驱动带轮的位置以调整第一砂带5.15的张紧度；

竖直部还装设有支撑模板5.7，支撑模板5.7位于第一U型结构中部，支撑模板5.7的作用面用于与第一砂带5.15的带面紧密配合并支撑第一砂带5.15，在第一驱动机构的驱动下，第一砂带5.15能够与第一活动支座5.5同步运动以靠近或远离支撑模板5.7。

如图所示，第一驱动机构包括第一摆动连杆组件和第一驱动装置，优选地，本申请中第一驱动装置为图示的第一精密气缸5.12；第一摆动连杆组件包括两个平行间隔设置的第一摆动连杆，参阅附图，其分别为如图所示的第一摆动气缸连接杆5.11和第一摆动连接杆5.20，两个第一摆动连杆两端分别与第一活动支座5.5和竖直部连接，第一活动支座5.5、两个第一摆动连杆、第一固定支座5.19构成平行四边形结构。

第一驱动装置一端与第一固定支座5.19固定，另一端通过第一摆动连杆与第一活动支座5.5连接，第一驱动装置与上位机模块通信连接，第一驱动装置能够接收上位机模块的控制指令推动第一摆动连杆，以改变第一摆动连杆相对于水平面的角度进而带动第一活动支座5.5沿水平方向运动，在本申请的优选实施例中，第一精密气缸5.12推动第一摆动气缸连接杆5.11，本领域技术人员也可适当调整结构使其推动第一摆动连接杆5.20也能实现同样的技术效果。

更进一步地，第一检测机构用于检测第一活动支座5.5的位置坐标和第一砂带5.15的磨抛力，第一检测机构的输出端与上位机模块1通信连接，上位机模块1基于第一检测机构的输出信号，通过预设的控制规则生成第一驱动装置的控制信号，以控制第一砂带5.15对待加工叶片表面的磨抛力。

具体地，第一检测机构包括第一X向位移传感器5.3、第一Y向位移传感器5.4、模板X向压力传感器5.8、第一X向下支撑压力传感器5.10、第一X向上支撑压力传感器5.21。

进一步地，参阅附图4和附图5，图4示意了第一磨抛模块在磨抛叶片叶缘时的状态，此时，第一磨抛模块为附图示意的高精力控复合磨抛砂带模块5，即第一砂带5.15远离支撑模板；图5示意了第一磨抛模块在磨抛叶片叶顶时的状态，此时，第一磨抛模块为附图示意的高精力控复合磨抛砂带模块5'，即第一砂带5.15与支撑模板紧密配合，支撑模板能够支撑第一砂带5.15减少其形变。

具体地，第一磨抛模块包括第一张紧轮5.1、第一张紧活动连杆5.2、第一X向位移传感器5.3、第一Y向位移传感器5.4、第一活动支座5.5、上支撑带轮5.6、支撑模板5.7、模板X向压力传感器5.8、下支撑带轮5.9、第一X向下支撑压力传感器5.10、第一摆动气缸连接杆5.11、第一精密气缸5.12、第一驱动带轮5.13、第一驱动伺服电机5.14、第一砂带5.15、第一带面位移传感器5.16、第一带背位移传感器5.17、第一张紧气缸5.18、第一固定支座5.19、第一摆动连接杆5.20、第一X向上支撑压力传感器5.21。

其中，第一张紧轮5.1、第一张紧活动连杆5.2、上支撑带轮5.6、下支撑带轮5.9、第一X向下支撑压力传感器5.10、第一张紧气缸5.18、第一驱动带轮5.13、第一驱动伺服电机5.14、第一带面位移传感器5.16、第一带背位移传感器5.17、第一X向上支撑压力传感器5.21均安装在第一活动支座5.5上；

第一X向位移传感器5.3、第一Y向位移传感器5.4、支撑模板5.7、模板X向压力传感器5.8、第一摆动气缸连接杆5.11、第一精密气缸5.12、第一摆动连接杆5.20均装设于第一固定支座5.19上，其中，模板X向压力传感器5.8装设于支撑模板5.7上。

第一固定支座5.19包括正交设置的水平部和竖直部，第一摆动气缸连接杆5.11与第一摆动连接杆5.20连接第一活动支座5.5与第一固定支座5.19，第一摆动气缸连接杆5.11与第一摆动连接杆5.20平行，第一活动支座5.5与第一固定支座5.19的水平部平行，构成平行四边形机构，第一精密气缸5.12一端固定在第一固定支座5.19，另一端固定在第一摆动气缸连接杆5.11，第一精密气缸5.12基于上位机模块1的控制指令机构推动第一活动支座5.5运动，以对第一活动支座5.5上的各机构高精力控调整。

第一驱动伺服电机5.14固定在第一活动支座5.5上，用于驱动第一驱动带轮5.13，进而带动第一砂带5.15转动。

第一张紧气缸5.18，连接第一活动支座5.5与第一张紧活动连杆5.2，第一张紧气缸5.18伸缩带动第一张紧活动连杆5.2与第一张紧轮5.1松开和张紧第一砂带5.15。

上支撑带轮5.6与下支撑带轮5.9相对于过磨抛点X向的面对称安装，支撑模板5.7中心面与叶片叶顶磨抛面X向对称面匹配。

高精力控复合磨抛砂带模块5与高精力控复合磨抛砂带模块5'都是高精力控复合磨抛砂带模块，其结构与系统完全一致，区别在于：

当第一磨抛模块作为高精力控复合磨抛砂带模块5时，第一精密气缸5.12伸出到伸极限位置，推动第一摆动气缸连接杆5.11，使第一活动支座5.5就位于待加工叶片14叶缘磨抛位，此时，支撑模板5.7远离第一砂带5.15，支撑模板5.7与模板X向压力传感器5.8均不参与磨抛工作，磨抛力检测通过上支撑带轮5.6受力处安装的第一X向上支撑压力传感器5.21，与下支撑带轮5.9受力处安装的第一X向下支撑压力传感器5.10的测量值共同计算获取，待加工叶片14叶缘在第一砂带5.15上柔性包络磨抛。见图4为本发明的高精力控复合磨抛砂带模块的待加工叶片14叶缘磨抛时的机构简图；

当第一磨抛模块作为高精力控复合磨抛砂带模块5'时，第一精密气缸5.12收回到收极限位置，拉动第一摆动气缸连接杆5.11，使第一活动支座5.5就位于待加工叶片14叶顶磨抛位，此时，支撑模板5.7刚好支撑第一砂带5.15，此时的磨抛力检测仅通过模板X向压力传感器5.8的测量值获取，而第一X向上支撑压力传感器5.21与第一X向下支撑压力传感器5.10不参与，支撑模板5.7支撑第一砂带5.15，形成平面支撑叶片叶顶磨抛。见图5为本发明的高精力控复合磨抛砂带模块的用于待加工叶片14叶顶模板磨抛时的局部机构简图。

在叶片自由曲面磨抛过程中，磨抛压力是影响磨抛效果的主要因素，因此，本申请第一磨抛模块与第二磨抛模块均采用主动柔顺控制，即磨抛砂带系统利用X向压力传感器得到的磨抛力与X向位移偏移量△x与Y向位移偏移量△y的反馈信息采用一定的控制策略去主动地控制气缸力，不仅可以提高位置精度，而且可以保证合理的接触力，从而实现对磨抛压力Fm的稳定控制。即本申请基于X向位移偏移量△x与Y向位移偏移量△y获取摆动气缸连接杆相对于水平面的角度以及摆动气缸连接杆与精密气缸之间的角度正弦值。

磨抛砂带系统X向与上位机模块1的路径规划策略模块规划的待加工叶片14的最小曲率弧线的垂线方向一致，从而实现最优磨抛。

见图4高精力控复合磨抛砂带模块的机构简图，其X向与砂带包络叶缘的包络弧对称中心线或叶片叶顶垂线一致，而Y向与X向垂直。

高精力控复合磨抛砂带模块在主动柔顺控制过程中主要通过在第一活动支座5.5，上支撑带轮5.6受力处安装的第一X向上支撑压力传感器5.21，下支撑带轮5.9受力处安装的第一X向下支撑压力传感器5.10，第一固定支座5.19上的支撑模板5.7内安装的模板X向压力传感器5.8

用来实时检测磨抛力并实时反馈给上位机模块，同时通过安装在第一固定支座5.19上的第一X向位移传感器5.3与第一Y向位移传感器5.4来检测第一活动支座5.5的位置变化，从而得到位置变化位移偏移量：X向位移偏移量△x与Y向位移偏移量△y。

根据磨抛时X向位移偏移量△x与Y向位移偏移量△y，上位机模块1实时计算气缸位置，综合气缸位置和磨抛力，采用特定算法，通过控制电气比例阀，实时控制第一精密气缸5.12输出压力。从而完成抛光砂带机对叶片表面作用力的控制。

图10中虚线为机构初始位置，实心为磨抛位置。其中，第一摆动气缸连接杆5.11的旋转点O的初始角度β；第一摆动气缸连接杆5.11的旋转点O与第一精密气缸5.12的旋转点O1之间的位置关系角度为∠COO1＝α。

第一摆动气缸连接杆5.11的旋转点O与第一精密气缸5.12的旋转点O1之间的位置距离为OO1＝a。

已知：AO＝r，OO1＝a，BO＝R，∠COO1＝α，Fm，Fg，β,△x,△y

砂带磨抛力Fm，第一活动支座5.5在B点处的重力分力Fg

参阅图10

A100，获取第一摆动气缸连接杆背离第一精密气缸一侧与水平面之间的角度∠BOD

BB'＝(△x^2+△y^2)^(1/2)，

∠BOB'＝2arcsin(BB'/2/R)，

得：∠BOD＝β+∠BOB'，

A200，获取第一摆动气缸连接杆靠近第一精密气缸一侧与水平面之间的角度∠AOO1

∠AOC＝180-∠BOD

∠AOO1＝∠COO1+∠AOC＝α+180-∠BOD

A300，获取气缸磨抛时的当前长度AO1

在△AOO1中，根据三角形余弦定理，

AO1＝AO^2+OO1^2-2×AO×OO1×cos∠AOO1

＝r^2+a^2-2×r×a×cos∠AOO1

A400，获取sin∠OAO1

根据正弦定理，

sin∠OAO1＝OO1×(sin∠AOO1)/AO1

＝a×(sin∠AOO1)/AO1

A500，获取磨抛时的气缸力Fq

受力分析，对于第一摆动气缸连接杆5.11的旋转点O的扭矩平衡，得：

Fm×R×sin∠BOD-Fg×R×cos∠BOD＝Fq×r×sin∠OAO1

得：Fq＝(Fm×R×sin∠BOD-Fg×R×cos∠BOD)/(r×sin∠OAO1)

本领域技术人员可以理解的是，第一磨抛模块中的第一砂带磨抛力Fm与气缸力Fq之间的算法关系同样适用于第二磨抛模块。

图7为高精力控磨抛轮砂带模块的机构简图，其X向与砂带接触轮轴线矢量一致，而Y向与X向垂直。上位机模块1的路径规划策略模块规划必须保证待加工叶片14的最小曲率弧线的垂线与磨抛砂带系统X向一致，则满足曲面包络理论最优要求，实现最优磨抛。

高精力控磨抛轮砂带模块在主动柔顺控制过程中主要通过在第二活动支座6.10上安装的第二X向压力传感器6.3用来实时检测磨抛力并实时反馈给上位机模块，同时通过安装在第二固定支座6.16上的第二X向位移传感器6.11与第二Y向位移传感器6.6来检测第二活动支座6.10位置变化，从而得到位置变化位移偏移量：X向位移偏移量△x与Y向位移偏移量△y。

根据X向位移偏移量△x与Y向位移偏移量△y，上位机实时计算气缸位置，综合气缸位置和磨抛力，采用特定算法，通过控制电气比例阀，实时控制第二精密气缸6.9输出压力。从而完成抛光砂带机对叶片表面作用力的控制。

高精力控复合磨抛砂带模块与高精力控磨抛轮砂带模块的磨抛力控制回路一样，见图3高精力控复合磨抛砂带模块与高精力控磨抛轮砂带模块的高精力控精密气缸压力Fq的控制回路图，它是一个由电气比例阀、精密气缸、X向压力传感器、X向位移传感器、Y向位移传感器等组成的反馈回路。

参阅附图，第二磨抛模块包括第二磨抛机构、第二驱动机构和第二检测机构，第二磨抛机构包括第二砂带6.12、第二固定支座6.16和第二活动支座6.10；

第二活动支座6.10活动装设于第二固定支座6.16，第二活动支座6.10能够在第二驱动机构的驱动下相对于第二固定支座6.16沿水平方向运动；

第二活动支座6.10包括水平部，水平部一端装设有磨抛轮转位机构6.4，水平部的上下两侧分别装设有第二驱动带轮6.7和第二张紧机构，第二张紧机构包括第二张紧轮6.1和第二张紧组件，第二张紧轮6.1、磨抛轮转位机构6.4和第二驱动带轮6.7呈三角形分布；

第二砂带6.12包覆于第二张紧轮6.1、磨抛轮转位机构6.4和第二驱动带轮6.7设置，第二砂带6.12能够在第二驱动带轮6.7的带动下移动；

磨抛轮转位机构6.4包括转动轴以及若干个沿转动轴周向均匀分布且大小互不相同的磨抛轮，参阅附图，在本申请的优选实施例中，磨抛轮为三个，本领域技术人员可以灵活设置磨抛轮的数量。若干个磨抛轮能够同时绕转动轴的轴线转动，在工作状态下，有且仅有一个磨抛轮与第二砂带6.12紧密贴合，当磨抛轮与第二砂带6.12紧密贴合时，磨抛轮与转动轴之间的连线水平设置；

第二张紧组件连接于第二张紧轮6.1和第二活动支座6.10之间，第二张紧组件能够调整第二张紧轮6.1相对于第二驱动带轮6.7的位置以调整第二砂带6.12的张紧度。

第二磨抛机构还包括锁紧机构，磨抛轮转位机构6.4与锁紧机构连接，锁紧机构用于限制磨抛轮绕转动轴的转动自由度。

若干个磨抛轮分别通过磨抛轮连杆与转动轴连接，磨抛轮连杆上设置有预制孔，锁紧机构包括用于与预制孔匹配的锁紧销和解锁气缸，解锁气缸与锁紧销连接，解锁气缸能够驱动锁紧销与预制孔匹配或与预制孔分离。

锁紧机构还包括锁紧支撑杆、锁紧弹簧和动支砂带块；

解锁气缸固定端与第二活动支座连接，解锁气缸输出端通过解锁气缸顶杆与动支砂带块连接，解锁气缸本体相对于第二活动支座的水平部倾斜设置，解锁气缸能够驱动动支砂带块靠近或远离第二砂带；

锁紧支撑杆一端装设于磨抛轮转位机构上方，另一端向磨抛轮转位机构径向延伸，锁紧支撑杆通过锁紧弹簧与解锁气缸顶杆连接；

锁紧弹簧一端与锁紧支撑杆固定，另一端与锁紧销连接；锁紧弹簧在自然状态下，锁紧销与预制孔配合，解锁气缸顶杆中部与锁紧弹簧连接，解锁气缸驱动动支砂带块靠近第二砂带时，锁紧弹簧被压缩并带动锁紧销与预制孔分离。

第二驱动机构包括第二摆动连杆组件和第二驱动装置，优选地，本申请中第二驱动装置为图示的第二精密气缸6.9。

第二摆动连杆组件包括两个平行间隔设置的第二摆动连杆，参阅附图，其分别为如图所示的第二摆动连接杆6.5和第二摆动气缸连接杆6.18，两个第二摆动连杆两端分别与第二活动支座的水平部和第二固定支座6.16连接，水平部、两个第二摆动连杆、第二固定支座6.16构成平行四边形结构；

第二驱动装置一端与第二固定支座6.16固定，另一端通过第二摆动连杆与第二活动支座6.10的水平部连接，第二驱动装置与上位机模块1通信连接，第二驱动装置能够接收上位机模块1的控制指令推动第二摆动连杆，以改变第二摆动连杆相对于水平面的角度进而带动第二活动支座6.10沿水平方向运动，在本申请的优选实施例中，第二精密气缸6.9推动第二摆动气缸连接杆6.18，本领域技术人员也可适当调整结构使其推动第二摆动连接杆6.5也能实现同样的技术效果。

第二检测机构用于检测第二活动支座6.10的位置坐标和第二砂带6.12的磨抛力，第二检测机构的输出端与上位机模块1通信连接，上位机模块1基于第二检测机构的输出信号，通过预设的控制规则生成第二驱动装置的控制信号，以控制第二砂带6.12对待加工叶片表面的磨抛力。

具体地，第二检测机构包括第二X向压力传感器6.3、第二Y向位移传感器6.6、第二X向位移传感器6.11。

进一步地，参阅附图7和附图12，图7示意了第二磨抛模块在磨抛叶片叶面时的状态，此时，第二磨抛模块为附图示意的高精力控磨抛轮砂带模块6；图12示意了第二磨抛模块在磨抛叶片叶根圆角及过渡的状态，此时，第二磨抛模块为附图示意的高精力控磨抛轮砂带模块6'。

具体而言，参阅图7，图7为本发明第二磨抛模块的机构简图，其包括：第二张紧轮6.1、第二张紧活动连杆6.2、第二X向压力传感器6.3、磨抛轮转位机构6.4、第二摆动连接杆6.5、第二Y向位移传感器6.6、第二驱动带轮6.7、第二驱动伺服电机6.8、第二精密气缸6.9、第二活动支座6.10、第二X向位移传感器6.11、第二砂带6.12、第二带面位移传感器6.13、第二带背位移传感器6.14、第二张紧气缸6.15、第二固定支座6.16、第二固向轮6.17、第二摆动气缸连接杆6.18、支撑锁紧联动机构6.19。

其中，第二张紧轮6.1、第二张紧活动连杆6.2、第二X向压力传感器6.3、磨抛轮转位机构6.4、第二驱动带轮6.7、第二驱动伺服电机6.8、第二带面位移传感器6.13、第二带背位移传感器6.14、第二张紧气缸6.15、第二固向轮6.17、支撑锁紧联动机构6.19在第二活动支座6.10上。

第二摆动连接杆6.5与第二摆动气缸连接杆6.18连接第二活动支座6.10与第二固定支座6.16，第二摆动连接杆6.5与第二摆动气缸连接杆6.18平行，第二活动支座6.10与第二固定支座6.16平行，形成平行四边形机构，第二精密气缸6.9一端固定在第二固定支座6.16上，一端固定在第二摆动气缸连接杆6.18上，第二精密气缸6.9基于上位机模块1的控制指令推动第二活动支座6.10上的机构高精力控调整。

第二驱动伺服电机6.8固定在第二活动支座6.10上，用于驱动第二驱动带轮6.7，以带动第二砂带6.12转动。

第二张紧气缸6.15，连接第二活动支座6.10与第二张紧活动连杆6.2，第二张紧气缸6.15伸缩带动第二张紧活动连杆6.2与第二张紧轮6.1松开和张紧第二砂带6.12。

第二固向轮6.17的作用：保证布置于第二固向轮6.17与第二驱动带轮6.7之间的第二带面位移传感器6.13与第二带背位移传感器6.14测量的砂带相对位置不变，从而保证带厚测量稳定性。

高精力控磨抛轮砂带模块6与高精力控磨抛轮砂带模块6'均为高精力控磨抛轮砂带模块，其结构与系统完全一致，区别在于各自的磨削时的工艺参数设置不一样，磨削工艺参数包括磨抛轮直径大小、砂带速度值，磨抛力值等。

高精力控磨抛轮砂带模块为磨抛轮式磨抛，可实现3个磨抛轮更换作业，当磨抛轮为不同轮径的磨抛轮时，则可实现不同轮径适用的不同弧面的磨抛轮磨抛，当安装相同轮径磨抛轮时，能够实现在线更换磨削轮的功能。

由图8高精力控磨抛轮砂带模块的磨抛轮转位机构局部放大的机构简图，磨抛轮转位机构6.4包括：磨抛轮一6.4.1、转位架6.4.2、转位电机6.4.3、磨抛轮二6.4.4、磨抛轮三6.4.5。

支撑锁紧联动机构6.19包括：锁紧销6.19.1、锁紧弹簧6.19.2、动支砂带块6.19.3、解锁气缸6.19.4、解锁气缸顶杆6.19.5。

解锁气缸6.19.4具有两个功能：解锁锁紧销6.19.1和同步顶起动支纱带块6.19.3功能。

磨抛轮转位机构6.4转位与支撑锁紧联动机构6.19支撑锁紧联动的流程：首先，解锁气缸6.19.4加压，解锁气缸顶杆6.19.5通过其斜面顶起锁紧销6.19.1的斜面，同时锁紧销6.19.1压缩锁紧弹簧6.19.2，从而锁紧销6.19.1从转位架6.4.2定位孔被拉出解锁，解锁气缸顶杆6.19.5联动同步顶起动支砂带块6.19.3，此时第二张紧气缸6.15泄压，第二张紧轮6.1收缩，由于动支纱带块6.19.3的支撑，实现转位架6.4.2上的接触磨抛轮与第二砂带6.12分离隔开，转位电机6.4.3以变位转动转位架6.4.2，当磨抛轮到达预定工位角度后，解锁气缸6.19.4泄压，解锁气缸顶杆6.19.5斜面收回，锁紧弹簧6.19.2推锁紧销6.19.1到转位架6.4.2定位孔锁死，从而完成磨抛轮转位机构6.4转位，而此时第二张紧气缸6.15增压，第二张紧轮6.1复位张紧。

在一些优选实施例中，第一磨抛模块和第二磨抛模块均装设有砂带磨损补偿机构，砂带磨损补偿机构用于检测第一砂带5.15/第二砂带6.12的厚度变化量并发送至上位机模块1，上位机模块1基于第一砂带5.15/第二砂带6.12的厚度变化量调整第一驱动装置/第二驱动装置的输出量。具体来说，在磨抛作业中砂带自身的砂粒在磨损，砂带厚度也不断在减小，磨抛过程对砂带厚度给以实时补偿，能极大的提高磨抛精度。见图6为本发明砂带磨损补偿机构的砂带厚度磨损量计算尺寸图。

每个磨抛模块均包括两个砂带测厚传感器：以第一磨抛模块为例，其中第一带背位移传感器5.17用于测砂带背面偏差L₁，第一带面位移传感器5.16用于测砂带磨面偏差L₂，第一带背位移传感器5.17与第一带面位移传感器5.16之间的间距L，砂带厚度磨损量△h，砂带初始厚度h₀，砂带当前厚度h；

△h＝h₀-h；

h＝L-L₁-L₂；

所以，△h＝h₀-(L-L₁-L₂)，该公式为砂带厚度磨损量计算公式。而对于第二磨抛模块，其第二砂带厚度磨损量计算原理公式与上文公式完全一致，同理，第一带背位移传感器5.17与第二带背位移传感器6.14功能一致，第一带面位移传感器5.16与第二带面位移传感器6.13功能一致。

进一步地，本申请的系统还包括视觉传感器模块8，视觉传感器模块8用于获取待加工叶片14位置作为位置信号并发送至上位机模块1，上位机模块1基于位置信号生成控制指令，以控制机器人3运动。

优选地，本申请的系统还包括扫码模块9，扫码模块9用于识别待加工叶片14的型号并录入精整叶片对象数据库，以跟踪叶片的加工质量；精整叶片对象数据库存储于上位机模块1内。

更进一步地，本申请的系统还包括自动上下料模块10，自动上下料模块10用于自动运输待加工叶片上料和下料，实现流水作业。

在一些优选实施例中，本申请系统还包括风冷模块11和接渣模块12，风冷模块11用于待加工叶片精整磨抛时吹扫冷却，清除待加工叶片表面的渣屑并降低叶片温度，防止叶片薄壁变形，增加精整精度；接渣模块12用于收集所述渣屑，及时清理加工环境。

更优选地，本申请系统还包括防护模块13，防护模块13用于整个加工过程中的人员与设备的安全防护，防护模块13包括防护门和安全传感器；安全传感器装设于防护门，安全传感器用于检测防护门的开合，安全传感器的输出端与上位机模块通过通信链路连接；上位机模块1基于安全传感器的信号，控制机器人3、第一磨抛模块和第二磨抛模块工作。当门被打开时，触发安全传感器，上位机模块1获取安全传感器信号，并控制机器人3、第一磨抛模块和第二磨抛模块暂停，从而保护人员安全，避免发生事故。

综上，本申请的航空发动机叶片精整作业机器人系统包括上位机模块1、机器人控制器2、机器人3、三维尺寸测量模块4、高精力控复合磨抛砂带模块(叶片叶缘)5、高精力控复合磨抛砂带模块(叶片叶顶)5'、高精力控磨抛轮砂带模块(叶片叶面)6、高精力控磨抛轮砂带模块(叶片叶根圆角及过渡)6'、夹持模块7、视觉传感器模块8、扫码模块9、自动上下料模块10、风冷模块11、接渣模块12、防护模块13和待加工叶片14，其中：

上位机模块1与机器人控制器2、三维尺寸测量模块4、高精力控复合磨抛砂带模块(叶片叶缘)5、高精力控复合磨抛砂带模块(叶片叶顶)5'、高精力控磨抛轮砂带模块(叶片叶面)6、高精力控磨抛轮砂带模块(叶片叶根圆角及过渡)6'、夹持模块7、视觉传感器模块8、扫码模块9、自动上下料模块10、风冷模块11、接渣模块12、防护模块13连接，通过视觉传感器模块8用于待加工叶片放置位置定位，用于引导夹持模块7对于待加工叶片14进行夹持，通过接收三维尺寸测量模块4采集得到待加工叶片当前三维尺寸数据，并与待加工叶片目标尺寸数据进行比对计算处理，将待加工叶片14外形尺寸加工余量转化为机器人工艺参数，根据航空发动机叶片曲面外形与机器人工艺参数对机器人的精整运动路径进行规划，并向机器人控制器发出精整运动控制指令程序，以控制工业机器人按照设定路径运动；

机器人控制器2与机器人3连接，用于根据上位机模块1发出的运动指令驱动所述机器人3实现相应的运动。机器人3用于执行上位机模块1所发出的控制指令；三维尺寸测量模块4用于获得待加工叶片14当前尺寸并实时反馈给上位机模块1；高精力控复合磨抛砂带模块与高精力控磨抛轮砂带模块都采用主动柔顺控制，即磨抛砂带系统利用X向压力传感器得到的磨抛力与X向位移偏移量△X与Y向位移偏移量△Y的反馈信息采用一定的控制策略去主动地控制气缸力，不仅可以提高位置精度，而且可以保证合理的接触力，从而实现对磨抛压力的稳定控制。

夹持模块7用于根据上位机模块1的控制实现对待加工叶片14的夹持及其定位，可以理解的是现有技术中的机器人3直接自带夹持模块。

视觉传感器模块8用于检测自动上下料模块10的料盒中盛放的多个待加工叶片的位姿信息，并将当前待加工叶片的位姿信息反馈给上位机模块1，在上位机模块1的控制下，机器人3与夹持模块7完成对于当前待加工叶片14的自动夹持；扫码模块9用于对待加工叶片14的扫码、型号识别与录入精整叶片对象知识库，以跟踪精整叶片对象加工质量；自动上下料模块10用于自动上下待加工叶片14，实现流水作业，效率更高；风冷模块11用于待加工叶片精整磨抛时吹扫冷却，降低叶片温度，防止叶片薄壁变形，增加精整精度；接渣模块12用于收集精整渣屑，及时清理加工环境；防护模块13用于整个加工过程中的人员与设备的安全防护。

在本发明一实施例中，待加工叶片14包括多种不同型号、多批次，每批次包含多个待加工叶片。图2为根据本发明一实施例的航空发动机叶片精整作业机器人系统的结构示意图，如图2所示，其中：视觉传感器安装在机器人3末端，用于检测上下料系统的料盒中盛放的多个待加工叶片的位姿图像数据；在本发明一实施例中，砂带机磨抛系统包括第一磨抛模块和第二磨抛模块，即高精力控复合磨抛砂带模块(叶片叶缘)5、高精力控复合磨抛砂带模块(叶片叶顶)5'、高精力控磨抛轮砂带模块(叶片叶面)6、高精力控磨抛轮砂带模块(叶片叶根圆角及过渡)6'；

风冷模块喷嘴安装在机器人3末端，用于待加工叶片14精整磨抛时吹扫冷却，降低叶片温度，防止叶片薄壁变形，增加精整精度；夹持模块7包括夹持机构和装设于所述夹持机构上的气动控制部件，其中：夹持机构安装在机器人3的末端，用于与气动控制部件配合共同完成对于待加工叶片14的夹持定位或放开。

在本发明一实施例中，气动控制部件为气缸，由上位机模块1实现松开或锁紧控制。其中，机器人3为六自由度机器人。上位机模块1进一步包括传感器信息处理模块、扫码信息处理模块、三维数据处理模块、工艺参数策略模块、路径规划策略模块、控制模块和人机交互界面，其中：

传感器信息处理模块用于对于视觉传感器模块8采集到的自动上下料模块10的料盒中盛放的多个待加工叶片14的位姿数据进行处理，得到当前待加工叶片的机器人抓取夹持姿态信息，并发送给机器人控制器2，控制机器人3运动；

扫码信息处理模块用于对待加工叶片14的扫码、型号识别，提供叶片型号分类信息给三维数据处理模块、工艺参数策略模块和路径规划策略模块，并录入精整叶片对象知识库，以跟踪精整叶片对象加工质量；

三维数据处理模块用于接收所述三维尺寸测量模块4采集得到待加工叶片14当前三维尺寸数据，并与待加工叶片14目标尺寸数据进行比对计算处理，得到待加工叶片14外形尺寸加工余量参数信息。

工艺参数策略模块具有磨抛力插值计算功能应用二维插值计算出叶片叶面、叶缘、叶顶、叶根圆角及过渡各磨抛区域所需的磨抛压力，并通过算法将外形尺寸加工余量参数信息转化为机器人工艺参数和高精力控复合磨抛砂带模块与高精力控磨抛轮砂带模块的精整工艺参数。

路径规划策略模块用于根据航空发动机叶片曲面外形与机器人工艺参数对机器人的精整运动路径进行规划，其规划必须保证待加工叶片14的最小曲率弧线的垂线与磨抛砂带系统X向一致，实现最优磨抛。

控制模块用于控制高精力控复合磨抛砂带模块5、高精力控复合磨抛砂带模块5'、高精力控磨抛轮砂带模块6、高精力控磨抛轮砂带模块6'、自动上下料模块10、风冷模块11，夹持模块7对于待加工叶片14进行夹持，根据所述工艺参数策略模块分别设置高精力控复合磨抛砂带模块5、高精力控复合磨抛砂带模块5'、高精力控磨抛轮砂带模块6、高精力控磨抛轮砂带模块6'的精整工艺参数，并根据所述路径规划策略模块设置的精整运动路径控制程序向机器人控制器2发出运动指令；人机交互界面用于提供人机交互接口。

本发明另一方面还提供一种机器人航空发动机叶片自动化精整作业方法，该方法基于上述叶片精整作业机器人系统进行，其包括以下步骤：

步骤S100，上位机模块1控制自动上下料模块10将盛放多个待加工叶片14的料盒运送就位于上下料工位；

步骤S200，机器人3根据预设运动指令，运动到上下料工位区域，通过安装在机器人3末端的视觉传感器模块8进行精准定位；安装在机器人3末端的夹持模块7夹持抓取当前待加工叶片14，进行一系列的精整作业工序；

步骤S300，机器人3根据预设运动指令，运动到扫码模块9工位，对待加工叶片14进行扫码、型号识别，录入精整叶片对象知识库，以跟踪航空发动机叶片加工质量；

步骤S400，机器人3根据预设运动指令，运动到三维尺寸测量模块4工位区域，按照上位机模块1预设的测量运动指令运动，机器人3末端的夹持模块7夹持待加工叶片14运动，不断触碰三维尺寸测量模块4的测量探头，三维尺寸测量模块获取待加工叶片14当前外形尺寸数据，并实时反馈给上位机模块1；

步骤S500，上位机模块通过接收所述三维尺寸测量模块采集得到待加工叶片当前三维尺寸数据，并与待加工叶片目标尺寸数据进行比对计算处理，将外形尺寸加工余量转化为机器人工艺参数，根据航空发动机叶片曲面外形与机器人工艺参数对机器人的精整运动路径进行规划，并向机器人控制器发出精整运动控制指令程序，以控制机器人按照设定精整路径运动；

步骤S600，工业机器人根据上位机模块发送的待加工叶片叶缘运动路径指令，运动到高精力控复合磨抛砂带模块(叶片叶缘)5工位，工业机器人末端夹持模块夹持待加工叶片进行叶片叶缘精整磨抛运动，同时，高精力控复合磨抛砂带模块5按照上位机模块发送的设置磨抛参数运行，相配合完成待加工叶片的叶片叶缘精整磨抛；

步骤S700，工业机器人根据上位机模块发送的待加工叶片叶顶运动路径指令，运动到高精力控复合磨抛砂带模块5'工位，工业机器人末端夹持模块夹持待加工叶片进行叶片叶顶精整磨抛运动，同时，高精力控复合磨抛砂带模块5'按照上位机模块发送的设置磨抛参数运行，相配合完成待加工叶片的叶片叶缘精整磨抛；

步骤S800，工业机器人根据上位机模块发送的待加工叶片叶面运动路径指令，运动到高精力控磨抛轮砂带模块6工位，工业机器人末端夹持模块夹持待加工叶片进行叶片叶面精整磨抛运动，同时，高精力控磨抛轮砂带模块6按照上位机模块发送的设置磨抛参数运行，相配合完成待加工叶片的叶片叶顶精整磨抛；

步骤S900，工业机器人根据上位机模块发送的待加工叶片叶根圆角及过渡运动路径指令，运动到高精力控磨抛轮砂带模块6'工位，工业机器人末端夹持模块夹持待加工叶片进行叶片叶根圆角及过渡精整磨抛运动，同时，高精力控磨抛轮砂带模块6'按照上位机模块发送的设置磨抛参数运行，相配合完成待加工叶片的叶片叶根圆角及过渡精整磨抛；

步骤S1000，加工完成后，再次，按照上位机模块1预设的测量运动指令运动，机器人3末端的夹持模块7夹持待加工叶片14运动到三维尺寸测量模块4工位，按照步骤S400检测待加工叶片14的外形尺寸，不断重复步骤S500-步骤S600-步骤S700-步骤S800-步骤S900-步骤S400，直到待加工叶片14达到目标尺寸精度要求；

步骤S1100，机器人3将加工好的航空发动机叶片14移动到自动上下料模块10的料盒工位，视觉传感器模块8进行精准定位，机器人3末端的夹持模块7松开，放入加工好的航空发动机叶片14到料盒中航空发动机叶片14原来的放置位置处。自动上下料模块10料盒中分批次盛放多个待加工叶片14，当料盒中一批次待加工叶片14都加工完后，自动上下料模块10将自动送出加工完的一批次航空发动机叶片14料盒，同时运送来盛放新的一批次待加工叶片14的料盒，继续精整磨抛。

上述本申请实施例中的技术方案中，至少具有如下的技术效果及优点：

本发明的航空发动机叶片精整作业机器人系统，能够实现精整航空发动机叶片所有待精整部分，并能精整所有成型工艺航空发动机叶片，包括精锻或铣削航空发动机叶片的精整需求，具有模块化特点，各部分功能可拆开组合，适应不同型号航空发动机叶片精整，实现流水作业，生产效率更高。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制，本申请中使得活动支座沿x向为沿水平方向运动是为了便于叶片加工，以减少活动支座与磨抛关联量的计算，提高加工效率。本领域技术人员也可根据实际情况灵活改变活动支座运动方向及叶片加工方向。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种叶片精整作业机器人系统，其特征在于，包括上位机模块，以及分别与所述上位机模块通信连接的机器人、三维尺寸测量模块、第一磨抛模块和第二磨抛模块；

所述机器人用于执行所述上位机模块的控制指令，夹持待加工叶片运动；

所述三维尺寸测量模块用于获取待加工叶片当前尺寸，并生成尺寸数据反馈给所述上位机模块；

所述第一磨抛模块包括第一磨抛机构、第一驱动机构和第一检测机构，所述第一磨抛机构包括第一砂带和第一活动支座；所述第一检测机构用于检测所述第一活动支座的位置坐标和所述第一砂带的磨抛力，所述第一检测机构的输出端与所述上位机模块通信连接，所述上位机模块基于所述第一检测机构的输出信号，通过预设的控制规则生成所述第一驱动机构的控制信号，以控制所述第一砂带对待加工叶片表面的磨抛力；

所述第二磨抛模块包括第二磨抛机构、第二驱动机构和第二检测机构，所述第二磨抛机构包括第二砂带和第二活动支座；所述第二检测机构用于检测所述第二活动支座的位置坐标和所述第二砂带的磨抛力，所述第二检测机构的输出端与所述上位机模块通信连接，所述上位机模块基于所述第二检测机构的输出信号，通过预设的控制规则生成所述第二驱动机构的控制信号，以控制所述第二砂带对待加工叶片表面的磨抛力；所述第一磨抛模块用于对待加工叶片的叶缘和/或叶顶进行加工；所述第一磨抛模块均包括第一带背位移传感器和第一带面位移传感器，所述第一带背位移传感器用于测第一砂带背面偏差，所述第一带面位移传感器用于测第一砂带磨面偏差，所述上位机模块基于所述第一带背位移传感器检测的偏差信息、所述第一带面位移传感器检测的偏差信息、第一砂带初始厚度以及第一砂带当前厚度，实时获取第一砂带厚度磨损量；

所述第二磨抛模块用于对待加工叶片的叶面和/或叶根圆角及过渡进行加工；所述第二磨抛模块均包括第二带背位移传感器和第二带面位移传感器，所述第二带背位移传感器用于测第二砂带背面偏差，所述第二带面位移传感器用于测第二砂带磨面偏差，所述上位机模块基于所述第二带背位移传感器检测的偏差信息、所述第二带面位移传感器检测的偏差信息、第二砂带初始厚度以及第二砂带当前厚度，实时获取第二砂带厚度磨损量；所述上位机模块配置为：基于所述尺寸数据生成控制指令，并控制所述机器人夹持待加工叶片运动至指定位置以对待加工叶片表面进行磨抛加工，所述指定位置包括所述第一磨抛模块的加工端和所述第二磨抛模块的加工端；

所述第一磨抛模块和所述第二磨抛模块均装设有砂带磨损补偿机构，所述砂带磨损补偿机构用于检测所述第一砂带/所述第二砂带的厚度变化量并发送至所述上位机模块，所述上位机模块基于所述第一砂带/所述第二砂带的厚度变化量调整所述第一驱动机构/所述第二驱动机构的输出量，以对对应的砂带厚度进行实时补偿；

所述第二磨抛机构还包括第二固定支座；

所述第二活动支座活动装设于所述第二固定支座，所述第二活动支座能够在所述第二驱动机构的驱动下相对于所述第二固定支座沿水平方向运动；

所述第二活动支座包括水平部，所述水平部一端装设有磨抛轮转位机构，所述水平部的上下两侧分别装设有第二驱动带轮和第二张紧机构，所述第二张紧机构包括第二张紧轮和第二张紧组件，所述第二张紧轮、所述磨抛轮转位机构和所述第二驱动带轮呈三角形分布；

所述第二砂带包覆于所述第二张紧轮、所述磨抛轮转位机构和所述第二驱动带轮设置，所述第二砂带能够在所述第二驱动带轮的带动下移动；

所述磨抛轮转位机构包括转动轴以及若干个沿转动轴周向均匀分布且大小互不相同的磨抛轮，若干个所述磨抛轮能够同时绕所述转动轴的轴线转动，在工作状态下，有且仅有一个所述磨抛轮与所述第二砂带紧密贴合，当所述磨抛轮与所述第二砂带紧密贴合时，所述磨抛轮与所述转动轴之间的连线水平设置；

所述第二张紧组件连接于所述第二张紧轮和所述第二活动支座之间，所述第二张紧组件能够调整所述第二张紧轮相对于所述第二驱动带轮的位置以调整所述第二砂带的张紧度；

所述第二磨抛机构还包括锁紧机构，所述磨抛轮转位机构与所述锁紧机构连接，所述锁紧机构用于限制所述磨抛轮绕转动轴的转动自由度；

所述第二驱动机构包括第二摆动连杆组件和第二驱动装置；

所述第二摆动连杆组件包括两个平行间隔设置的第二摆动连杆，两个所述第二摆动连杆两端分别与水平部和第二固定支座连接，所述水平部、两个所述第二摆动连杆、所述第二固定支座构成平行四边形结构；

所述第二驱动装置一端与所述第二固定支座固定，另一端通过所述第二摆动连杆与所述第二活动支座连接，所述第二驱动装置与所述上位机模块通信连接，所述第二驱动装置能够接收所述上位机模块的控制指令推动所述第二摆动连杆，以改变所述第二摆动连杆相对于水平面的角度进而带动所述第二活动支座沿水平方向运动；

该系统还包括视觉传感器模块，所述视觉传感器模块用于获取待加工叶片位置作为位置信号并发送至所述上位机模块，所述上位机模块基于所述位置信号生成控制指令，以控制所述机器人运动；

支撑锁紧联动机构包括：锁紧销、锁紧弹簧、动支砂带块、解锁气缸、解锁气缸顶杆；

解锁气缸具有两个功能：解锁锁紧销和同步顶起动支纱带块功能；

磨抛轮转位机构转位与支撑锁紧联动机构支撑锁紧联动的流程：首先，解锁气缸加压，解锁气缸顶杆通过其斜面顶起锁紧销的斜面，同时锁紧销压缩锁紧弹簧，从而锁紧销从转位架定位孔被拉出解锁，解锁气缸顶杆联动同步顶起动支砂带块，此时第二张紧气缸泄压，第二张紧轮收缩，由于动支纱带块的支撑，实现转位架上的接触磨抛轮与第二砂带.分离隔开，转位电机以变位转动转位架，当磨抛轮到达预定工位角度后，解锁气缸泄压，解锁气缸顶杆斜面收回，锁紧弹簧推锁紧销到转位架定位孔锁死，从而完成磨抛轮转位机构转位，而此时第二张紧气缸增压，第二张紧轮复位张紧。

2.根据权利要求1所述的叶片精整作业机器人系统，其特征在于，所述第一磨抛机构还包括第一固定支座；

所述第一固定支座包括竖直部，所述第一活动支座活动装设于所述竖直部，所述第一活动支座能够在所述第一驱动机构的驱动下相对于所述第一固定支座沿水平方向运动；

所述第一活动支座包括开口方向背向设置的第一U型结构和第二U型结构，所述第一U型结构的两端分别装设有结构相同的支撑带轮，所述第二U型结构的两端分别装设有第一驱动带轮和第一张紧轮，所述第一张紧轮通过第一张紧组件活动设置于所述第二U型结构，所述第一驱动带轮的轴线垂直于所述竖直部设置且所述第一驱动带轮具有绕自身轴线转动的自由度；

所述第一砂带包覆于所述第一张紧轮、两个所述支撑带轮和所述第一驱动带轮设置，所述第一砂带能够在所述第一驱动带轮的带动下移动；

所述第一张紧组件连接于所述第一张紧轮和所述第一活动支座之间，所述第一张紧组件能够调整所述第一张紧轮相对于所述第一驱动带轮的位置以调整所述第一砂带的张紧度；

所述竖直部还装设有支撑模板，所述支撑模板位于所述第一U型结构中部，所述支撑模板的作用面用于与所述第一砂带的带面紧密配合并支撑所述第一砂带，在所述第一驱动机构的驱动下，所述第一砂带能够与所述活动支座同步运动以靠近或远离所述支撑模板。

3.根据权利要求2所述的叶片精整作业机器人系统，其特征在于，所述第一驱动机构包括第一摆动连杆组件和第一驱动装置；

所述第一摆动连杆组件包括两个平行间隔设置的第一摆动连杆，两个所述第一摆动连杆两端分别与所述第一活动支座和所述竖直部连接，所述第一活动支座、两个所述第一摆动连杆、所述第一固定支座构成平行四边形结构；

所述第一驱动装置一端与所述第一固定支座固定，另一端通过所述第一摆动连杆与所述第一活动支座连接，所述第一驱动装置与所述上位机模块通信连接，所述第一驱动装置能够接收所述上位机模块的控制指令推动所述第一摆动连杆，以改变所述第一摆动连杆相对于水平面的角度进而带动所述第一活动支座沿水平方向运动。

4.根据权利要求1所述的叶片精整作业机器人系统，其特征在于，该系统还包括扫码模块，所述扫码模块用于识别待加工叶片的型号并录入精整叶片对象数据库，以跟踪叶片的加工质量；所述精整叶片对象数据库存储于所述上位机模块内。

5.根据权利要求1所述的叶片精整作业机器人系统，其特征在于，该系统还包括自动上下料模块，所述自动上下料模块用于自动运输待加工叶片上料和下料，实现流水作业。

6.根据权利要求1所述的叶片精整作业机器人系统，其特征在于，该系统还包括风冷模块和接渣模块，所述风冷模块用于待加工叶片精整磨抛时吹扫冷却，清除待加工叶片表面的渣屑并降低叶片温度；所述接渣模块用于收集所述渣屑，及时清理加工环境。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的叶片精整作业机器人系统，其特征在于，该系统还包括防护模块，所述防护模块包括防护门和安全传感器；

所述安全传感器装设于所述防护门，所述安全传感器用于检测所述防护门的开合，所述安全传感器的输出端与所述上位机模块通过通信链路连接；

所述上位机模块基于所述安全传感器的信号，控制所述机器人、所述第一磨抛模块和所述第二磨抛模块工作。

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