CN112894377A - 带有工具自动切换功能的机器人柔性打磨系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有工具自动切换功能的机器人柔性打磨系统，包括：工业机器人，其用于根据设定好的加工路径以抓取不同的工具或刀柄对工件进行柔性打磨，工业机器人的手臂末端安装有快换机构；工具及刀柄库，其用于放置若干个工具及刀柄，以供工业机器人根据加工需要进行抓取；物料轨道，物料轨道上安装有变位机，变位机用于固定安装工件，并沿着物料轨道进入加工区域。本发明具备较大的操作空间，机器人可以根据需要自动抓取不同的工具或者刀柄对工件进行铣削、打磨、抛光等等加工，可以适应多品种、多工序的加工情况，具备广泛的加工柔性，系统通用性较强。

Description

带有工具自动切换功能的机器人柔性打磨系统

技术领域

本发明属于工件加工领域，具体为一种机器人柔性打磨系统。

背景技术

近年来随着工业机器人的普及，工业机器人在产品打磨行业发展迅速，尤其是现在产品发展倾向于小批量、定制化、多样化，机器人以其扩展性强、更加灵活的特性对比传统机床更加具备发展潜力。但是在实际应用中也渐渐暴露出一定问题，机器人作为运动执行机构，本身不具备任何加工能力，必须在机器人末端安装加工工具才能完成对工件的加工，而机器人末端往往只适合同时安装一种或两种工具，难以解决当工件需要多种工具才能完成加工的情况。

由此，提供一种能够根据需要自动抓取不同的工具或者刀柄然后进行加工的带有工具自动切换功能的机器人柔性打磨系统成为业内急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种带有工具自动切换功能的机器人柔性打磨系统，其具备工件类型识别、测量定位、上料变位等功能，适合多品种、尺寸较大、加工面较多的工件的自动加工。

为了实现上述目的，本发明提供了一种带有工具自动切换功能的机器人柔性打磨系统，其包括：工业机器人，其用于根据设定好的加工路径以抓取不同的工具或刀柄对工件进行柔性打磨，工业机器人的手臂末端安装有快换机构；工具及刀柄库，其用于放置若干个工具及刀柄，以供工业机器人根据加工需要进行抓取；物料轨道，物料轨道上安装有变位机，变位机用于固定安装工件，并沿着物料轨道进入加工区域，使得工件在工业机器人的操作下完成柔性打磨。

可选择地，快换机构包括：快换装置主盘、动力装置、气动装置及信号装置，其中，快换装置主盘用于与工具或刀柄实现机械连接，动力装置用于提供强电动力，气动装置用于提供压缩空气，信号装置用于提供控制信号。

可选择地，工业机器人设定为串联六轴机器人，工业机器人的手臂末端的法兰上安装有扫描传感器，扫描传感器用于对工件进行类型识别及测量定位。

优选地，扫描传感器可以为视觉相机、激光传感器等具备测量功能的传感器。

可选择地，工具及刀柄库为密闭箱式结构，包括：箱体、通过开关门驱动气缸盖合于箱体上方的上开关门、设于箱体前端的前升降门、设于箱体内腔中依次水平放置的若干个工具及自换刀电主轴、设于腔体内腔前侧的刀柄架、水平设置于刀柄架上的若干个刀柄夹块、夹设于刀柄夹块上的刀柄、以及安装于刀柄上的打磨头，其中，每个刀柄与自换刀电主轴相匹配，每个工具及自换刀电主轴上安装有与快换装置主盘相匹配的快换装置副盘以使得工业机器人抓取不同的工具或刀柄。

优选地，刀柄架设有两层或两层以上。

优选地，刀柄设定为自换刀电主轴的配套部件，刀柄上安装有磨轮、抛光片、旋转锉刀、磨料刷中的一种打磨头。

可选择地，工具及自换刀电主轴通过销钉定位放置，刀柄通过刀柄夹块定位放置，在工具及刀柄库中，邻近至少一个工具和/或至少一个刀柄的放置位置对应安装有检测传感器。

可选择地，变位机设定为两轴变位机，变位机的旋转角度最小为±180度，变位机的摆动角度最小为±45度，比如，变位机的旋转角度范围可以为±270度，变位机的摆动角度范围可以为±75度。

可选择地，还包括密闭防护间，其内部设定为打磨区域，密闭防护间设有开关门及物料门，其中，物料门与物料轨道相对应以供工件进出，开关门供工人进出，工业机器人及工具及刀柄库均设于打磨区域中。

可选择地，于打磨区域内对应于物料轨道的末端设有吸尘口，吸尘口通过吸尘管路与设于密闭防护间外的除尘机相连通。

可选择地，于密闭防护间外还设有：机器人控制器、总控制器及工人操作台，其中，机器人控制器用于控制工业机器人的运行；总控制器用于程序协调控制带有工具自动切换功能的机器人柔性打磨系统的各个组成部件的运行；工人操作台用于人工操作或控制带有工具自动切换功能的机器人柔性打磨系统的各个组成部件的运行。

可选择地，于物料轨道对应于变位机的上料位置处安装有防护围栏，用于提供安全防护，防止变位机于物料轨道运动过程中伤人。

与现有技术相比，本发明的优点和有益效果包括：(1)、本发明的带有工具自动切换功能的机器人柔性打磨系统采用轨道上料方式，工人在防护围栏内完成上料，然后通过物料轨道将工件送入密闭防护间内部，这种上料方式使得系统具备更大的操作空间，方便工人对工件进行吊装及定位；(2)、本发明的工具及刀柄库内放置有砂带机、自换刀电主轴、气动打磨机等工具以及刀柄，工业机器人可以根据需要自动抓取不同的工具或者刀柄对工件进行铣削、打磨、抛光等等加工，可以适应多品种、多工序的加工情况，具备广泛的加工柔性，系统通用性较强；(3)、本发明的变位机可以对工件进行空间姿态变换，极大的扩展了工业机器人的加工范围，允许机器人以合适的角度对工件的多个表面进行加工；(4)、本发明的扫描传感器可以对工件进行类型识别以及位置测量，使系统可以更安全、可靠、智能地进行生产。

附图说明

图1为本发明的带有工具自动切换功能的机器人柔性打磨系统去除密闭防护间的顶盖的俯视图。

图2为本发明的带有工具自动切换功能的机器人柔性打磨系统去除密闭防护间的顶盖的立体结构示意图。

图3为本发明的工业机器人的手臂末端的结构示意图。

图4为本发明的工具及刀柄库的结构示意图。

图5为图4中A部分的局部放大示意图。

图6为本发明的工业机器人抓取工具及自换刀电主轴的原理示意图。

图7为本发明的工业机器人抓取工具的结构示意图。

图8为图7中B部分的局部放大示意图。

图9为本发明的工业机器人抓取刀柄的结构示意图。

图10为图9中C部分的局部放大示意图。

图11为物料轨道及变位机的结构示意图。

图12A和图12B为物料轨道及变位机的加工状态示意图。

图13为本发明的带有工具自动切换功能的机器人柔性打磨系统的工作流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

请参考图1和图2，作为一种非限制性实施方式，本发明的带有工具自动切换功能的机器人柔性打磨系统包括：工业机器人1、工具及刀柄库2、物料轨道3、变位机4、密闭防护间5、吸尘口6、除尘机7、机器人控制器8、总控制器9、工人操作台10、以及防护围栏11。

工业机器人1采用串联六轴机械人，其主要作用是利用装在机器人的手臂末端的快换装置11(如图3所示)来自动抓取不同工具及刀柄，然后根据已经设定好的加工路径对工件进行加工。在该非限制性实施方式中，快换机构11为标准产品，其包括：快换装置主盘111、动力装置(图未示)、气动装置(图未示)及信号装置(图未示)，在工业机器人1进行抓取动作时，快换机构11能使快换装置主盘111与快换装置副盘212进行机械连接，同时动力装置、气动装置、信号装置也能自动接通，用于给被抓取的工具提供强电动力、压缩空气以及控制信号。

作为另一种非限制性实施方式，如图3所示，工业机器人带动安装在其手臂末端法兰的扫描传感器12进行工件扫描，从而实现对工件的类型识别、测量定位以及位置校准，在本发明中，扫描传感器12可以为视觉相机、激光传感器等具备测量功能的传感器。

如图4和图5所示，工具及刀柄库2为密闭箱式结构，包括：箱体201、开关门驱动气缸202、上开关门203、前升降门204、气动打磨工具205、砂带机206、自换刀电主轴207、刀柄架208、刀柄夹块209、刀柄210。

在该非限制性实施方式中，作为工具的气动打磨工具205及砂带机206，以及刀柄210供工业机器人1根据需要进行抓取，刀柄210为自换刀电主轴207的配套部件，刀柄210上可安装磨轮、抛光片、旋转锉刀、磨料刷等各种打磨头。气动打磨工具205及砂带机206通过销钉定位放置，刀柄210通过刀柄夹块209定位放置，在工具及刀柄库2中，邻近气动打磨工具205、砂带机206及刀柄210的放置位置分别对应安装一个检测传感器211，用于检测当前其有无。上开关门203及前升降门204只有在工业机器人1进行工具或刀柄抓取时才自动打开，由此，工具及刀柄库2的这种密封结构可保护工具及刀柄不被打磨产生的粉尘附着而影响抓取精度。

在该非限制性实施方式中，如图6所示，每个刀柄210与自换刀电主轴207相匹配，每个工具及自换刀电主轴上安装有与快换装置主盘111相匹配的快换装置副盘212，刀柄210上可安装不同的打磨头，诸如打磨头210A、打磨头210B、以及打磨头210C。

由此，如图7和图8所示，当工业机器人1想要抓取气动打磨工具205时，快换装置主盘111机械连接安装于气动打磨工具205上的快换装置副盘212，从而实现气动打磨工具205的抓取。如图9和图10所示，当工业机器人想要抓取刀柄210时，同样是利用快换装置主盘111机械连接安装于自换刀电主轴207上的快换装置副盘212，自换刀电主轴207再与定位放置在刀柄夹块209上的刀柄210相连接，从而完成刀柄210的抓取，并可利用刀柄210上的打磨头210A实现工件的打磨工作。

如图11所示，变位机4安装到物料轨道3上并沿着物料轨道3进行直线运动L，变位机4为两轴变位机，具有最小为±180°旋转运动R及最小为±45°摆动运动S的功能。如图12A和图12B所示，变位机4上安装固定工件G后，可带动工件G进行空间姿态变换，以便于工业机器人1以合适的打磨角度进行打磨。这种变位方式可以完成工件G的5个表面的加工，避免了反复装卡造成的误差问题，同时可以显著缩短加工准备时间。

变位机4安装到物料轨道3上，物料轨道3可带动变位机4进出密闭防护间5，实现工件G的自动上下料。对于较重的工件，外部上料的方式不仅有更大的操作空间，也避免了操作工人需要进入打磨区域，提高了生产的安全可靠性。

如图1和图2所示，在该非限制性实施方式中，密闭防护间5是利用钣金件搭建起来的密闭房间，其内部为打磨区域C，用于形成密闭空间进行加工，能够防止打磨粉尘扩展，削弱噪音，防止人员意外进入发生危险，工业机器人1及工具及刀柄库2均设于打磨区域C中。密闭防护间5设有物料门51及开关门52，物料门51与物料轨道3相对应，用于供工件G进出，开关门52则用于供人员进出。

如图1和图2所示，吸尘口6设置于打磨区域C内，并对应于物料轨道3的末端，吸尘口6通过吸尘管路(图未示)与设于密闭防护间5外的除尘机7相连通，吸尘口6可抽取打磨区域附近的空气，并输送到除尘机7处，除尘机7则可过滤密闭防护间5内的空气，吸附打磨产生的粉尘，完成对密闭防护间5内空气的过滤净化。

此外，密闭防护间5外还设有机器人控制器8、总控制器9、工人操作台10，其中，机器人控制器8为工业机器人1自带的控制箱，总控制器9是系统的总控制器，用于协调控制系统组成的各个部件的运行，工人操作台10则用于工人进行设备操作、控制，具体包含设备启动、设备控制、程序调用、紧急停止等等操作。

如图1和图2所示，变位机4的上料位置周围安装有防护围栏11，防护围栏11可提供安全防护，防止变位机4在物料轨道3上运动时发生伤人事故。

由此，如图13所示，本发明的带有工具自动切换功能的机器人柔性打磨系统的工作工程可分为生产前及正式生产过程。在生产前进行离线编程，根据工件的三维模型，通过机器人编程软件，生成工业机器人的离线加工路径，将其输入工业机器人系统中，然后人工校验加工路径，形成最终的加工程序，完成生产前的工序准备。在正式生产过程中，先通过人工将工件安装在变位机上，然后变位机沿着物料轨道进入至打磨区域内后，关闭物料门，随后，工业机器人接收最终加工程序，对工件进行识别及定位，开始打磨工件，并且可根据不同的需求更换打磨工具，或者在变位机对工件进行变位后继续对工件进行打磨加工，在完成打磨加工后，开启物料门，变位机再移出打磨区域，取下工件，然后再重复上述步骤，进行下一个工件的打磨。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种带有工具自动切换功能的机器人柔性打磨系统，其特征在于，包括：

工业机器人，其用于根据设定好的加工路径以抓取不同的工具或刀柄对工件进行柔性打磨，所述工业机器人的手臂末端安装有快换机构；

工具及刀柄库，其用于放置若干个工具及刀柄，以供所述工业机器人根据加工需要进行抓取；以及

物料轨道，所述物料轨道上安装有变位机，所述变位机用于固定安装所述工件，并沿着所述物料轨道进入加工区域使得所述工件完成柔性打磨。

2.根据权利要求1所述的带有工具自动切换功能的机器人柔性打磨系统，其特征在于，所述快换机构包括：快换装置主盘、动力装置、气动装置及信号装置，其中，所述快换装置主盘用于与所述工具或刀柄实现机械连接，所述动力装置用于提供强电动力，所述气动装置用于提供压缩空气，所述信号装置用于提供控制信号。

3.根据权利要求2所述的带有工具自动切换功能的机器人柔性打磨系统，其特征在于，所述工业机器人设定为串联六轴机器人，所述工业机器人的手臂末端安装有扫描传感器，所述扫描传感器用于对所述工件进行类型识别及测量定位。

4.根据权利要求3所述的带有工具自动切换功能的机器人柔性打磨系统，其特征在于，所述工具及刀柄库为密闭箱式结构，包括：箱体、通过开关门驱动气缸盖合于所述箱体上方的上开关门、设于所述箱体前端的前升降门、设于所述箱体内腔中依次水平放置的若干个工具及自换刀电主轴、设于所述腔体内腔前侧的刀柄架、水平设置于所述刀柄架上的若干个刀柄夹块、夹设于所述刀柄夹块上的刀柄、以及安装于所述刀柄上的打磨头，其中，每个所述刀柄与所述自换刀电主轴相匹配，每个所述工具及所述自换刀电主轴上安装有与所述快换装置主盘相匹配的快换装置副盘以使得所述工业机器人抓取不同的工具。

5.根据权利要求4所述的带有工具自动切换功能的机器人柔性打磨系统，其特征在于，所述工具及所述自换刀电主轴通过销钉定位放置，所述刀柄通过所述刀柄夹块定位放置，在所述工具及刀柄库中，邻近至少一个所述工具和/或至少一个所述刀柄的放置位置对应安装有检测传感器。

6.根据权利要求5所述的带有工具自动切换功能的机器人柔性打磨系统，其特征在于，所述变位机设定为两轴变位机，所述变位机的旋转角度最小为±180度，所述变位机的摆动角度最小为±45度。

7.根据权利要求6所述的带有工具自动切换功能的机器人柔性打磨系统，其特征在于，还包括密闭防护间，其内部设定为打磨区域，所述密闭防护间设有开关门及物料门，其中，所述物料门与所述物料轨道相对应以供工件进出，所述工业机器人及所述工具及刀柄库均设于所述打磨区域中。

8.根据权利要求7所述的带有工具自动切换功能的机器人柔性打磨系统，其特征在于，于所述打磨区域内对应于物料轨道的末端设有吸尘口，所述吸尘口通过吸尘管路与设于所述密闭防护间外的除尘机相连通。

9.根据权利要求8所述的带有工具自动切换功能的机器人柔性打磨系统，其特征在于，于所述密闭防护间外还设有：机器人控制器、总控制器及工人操作台，

其中，所述机器人控制器用于控制工业机器人的运行；

所述总控制器用于程序协调控制所述带有工具自动切换功能的机器人柔性打磨系统的各个组成部件的运行；

所述工人操作台用于人工操作或控制所述带有工具自动切换功能的机器人柔性打磨系统的各个组成部件的运行。

10.根据权利要求9所述的带有工具自动切换功能的机器人柔性打磨系统，其特征在于，于所述物料轨道对应于所述变位机的上料位置处安装有防护围栏，用于提供安全防护，防止所述变位机于所述物料轨道运动过程中伤人。

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