CN113146398A - 一种六轴机器人自适应去毛刺加工机构及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种六轴机器人自适应去毛刺加工机构及其控制方法,其中,毛刷电机组通过联轴器将碗型不锈钢丝刷连接组成加工单元,利用两组夹板将四组加工单元均匀固定在基座板上,并通过传感器过梁与固定在传感器底座的三维力传感器连接,经转角和法兰盘固定在六轴机器人末端。加工过程中,通过获取各电机电气数据与三维压力值,调节机器人位姿实加工平面的现自适应加工,本发明加工范围大,结构紧凑,且定位精准,可以实现自动补偿毛刷盘消耗以及加工平面的自适应加工。
Description
技术领域
本发明属于平面加工技术领域,具体涉及一种六轴机器人自适应去毛刺加工机构及其控制方法。
背景技术
目前,针对加工后所产生的毛刺,主要采用人工去毛刺、加工中心毛刷去毛刺、专用机器人去毛刺等方法进行处理。特别是对于铣削加工后加工面边缘的翻边式毛刺,采用人工去毛刺的方法高度依赖工人经验,加工效率低、去毛刺效果差、加工成本高,同时无法适用于批量加工任务。加工中心毛刷清理能力十分有限,往往不能满足质量标准。与前两种去毛刺方式相比,机器人去毛刺效率高、去除效果稳定、生产柔性高、长期运行成本低,在工业生产中得到了广泛应用。但是,在加工过程中,常会出现毛刷磨损,加工位姿偏差等问题,影响加工效率和加工质量。
中国专利CN201811391253,机器人去毛刺盘刷消耗自动补偿机构,其提出了一种利用激光测距装置对去毛刺位置进行自动补偿的方法,解决了平面类或其他结构较简单零件的加工问题,但无法解决表面复杂零件,处理复杂平面,缺乏自适应调整能力,灵活性较差。
中国专利CN212145762U,一种可实时连续补偿的自动去毛刺装置,提出了一种在毛刷连续运转过程中,利用毛刷工作位补偿结构,根据毛刷磨损情况和磨损规律,实现实时连续补偿操作,可自动将毛刷向下连续推送,使毛刷时刻处在最佳工作状态,保证工件去毛刺的效果。该方案同样解决了平面类或其他结构较简单的零件的加工问题,但是其无法实现对大平面、转角以及复杂平面进行自适应调整。
发明内容
本发明为解决现有机器人去毛刺设备加工位姿偏移,毛刷磨损后不能及时对刀进给,导致去毛刺加工效率低、加工质量差的问题,提出一种六轴机器人自适应去毛刺加工机构及其控制方法。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是:
一种六轴机器人自适应去毛刺加工机构,包括力传感器底座、三维力传感器、传感器过梁和基座板,所述基座板前侧中间位置垂直固定有定位标准杆,所述基座板上还均匀固定有若干毛刷电机组,毛刷电机组前侧通过联轴器连接有碗型不锈钢丝刷;所述三维力传感器固定在所述力传感器底座上,所述传感器过梁呈“工”字形,所述基座板背侧通过所述传感器过梁与所述三维力传感器相连接;所述力传感器底座经转角和法兰盘固定在六轴机器人末端。
进一步地,沿所述定位标准杆中心轴远离所述基座板的方向定义为所述毛刺加工机构的Z轴方向,所述三维力传感器主受力方向和各毛刷电机组均与所述毛刺加工机构的Z轴方向保持平行。
进一步地,上述六轴机器人自适应去毛刺加工机构还包括两夹板,多个毛刷电机组沿所述基座板左右侧对称布置,所述基座板左右侧及夹板上对应位置均开设有与毛刷电机组适配的半圆槽,所述多个毛刷电机组通过所述两夹板与所述基座板相固定。
进一步地,毛刷电机组的数量为四个,所述基座板左右侧各两个,且四个毛刷电机组呈矩形分布,构成四联工作组。
进一步地,部件间装配方式采用销钉定位,螺栓连接。
一种六轴机器人自适应去毛刺加工机构的控制方法,包括如下步骤:
步骤S1、启动六轴机器人、三维力传感器和四个毛刷电机组,六轴机器人末端移动至待加工位置;
步骤S2、设置不同负载和不同加工平面,通过采集四个毛刷电机组电流、电压和三维力传感器压力值,完成自适应加工参数标定;
步骤S3、加工过程中,实时采集四个毛刷电机组电流、电压和三维力传感器压力值,并与标定参数进行比对,求解加工平面最佳位姿,生成调姿指令;
步骤S4、六轴机器人根据调姿指令调整姿态至自适应加工平面,实现自适应加工。
本发明的有益效果在于:
1、本发明以机器人为载体实现加工平面毛刺的自适应加工,避免重复对刀;
2、本发明能够实现毛刷磨损后的实时补偿,与现有毛刷磨损后再人工对刀来说提高了工作效率;
3、本发明采用四联工作组,加工范围大,通过自适应调整实现对复杂工件的去毛刺操作;
4、本发明在加工过程中可实现毛刷利用最大化,减少不必要的毛刷更换时间以及维修成本,延长了盘刷的使用寿命。
附图说明
图1为去毛刺加工机构的主视图;
图2为去毛刺加工机构的俯视图;
图3为去毛刺加工机构的左视图;
图4为四联工作组的侧视图;
图5为去毛刺加工流程图;
图6去毛刺加工机构控制方法原理图;
附图标记:1-法兰盘,2-转角,3-力传感器底座,4-三维力传感器,5-传感器过梁,6-基座板,7-夹板,8-毛刷电机组,9-碗型不锈钢丝刷,10-定位标准杆。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明的六轴机器人自适应去毛刺加工机构及其控制方法作进一步地详细说明。
如图1至4所示,一种六轴机器人自适应去毛刺加工机构,包括力传感器底座3、三维力传感器4、传感器过梁5和基座板6,基座板6前侧中间位置垂直固定有定位标准杆10(在安装毛刷时,为四个毛刷定位提供参照,确保在同一工作平面上),基座板6上还均匀固定有若干毛刷电机组8,毛刷电机组8前侧通过联轴器连接有碗型不锈钢丝刷9。三维力传感器4固定在力传感器底座3上,传感器过梁5呈“工”字形,基座板6背侧通过传感器过梁5与三维力传感器4相连接。力传感器底座3经转角2和法兰盘1固定在六轴机器人末端。
具体地,上述六轴机器人自适应去毛刺加工机构还包括两夹板7,多个毛刷电机组8沿基座板6左右侧对称布置,基座板6左右侧及夹板7上对应位置均开设有与毛刷电机组8适配的半圆槽,多个毛刷电机组8通过两夹板7与基座板6相固定。
本实施例中,沿定位标准杆10中心轴远离基座板6的方向定义为毛刺加工机构的Z轴方向,三维力传感器4主受力方向和各毛刷电机组8均与毛刺加工机构的Z轴方向保持平行。
毛刷电机组8的数量为四个,基座板6左右侧各两个,且四个毛刷电机组8呈矩形分布。
部件间装配方式采用销钉定位,螺栓连接。
如图5和6所示,一种六轴机器人自适应去毛刺加工机构的控制方法,包括如下步骤:
步骤S1、通过上位机启动六轴机器人、三维力传感器4和四个毛刷电机组8,六轴机器人末端依据点位信息移动至待加工位置。
步骤S2、设置不同负载和不同加工平面,通过采集四个毛刷电机组8电流、电压和三维力传感器4压力值,完成自适应加工参数标定。
压力值直接对应四联工作组在平动方向上的受力,直流电机电流等效扭矩值通过最小二乘法求出最均受力姿态,将数据处理,构建对应关系,完成自适应加工参数标定。
在控制中,平动方向受力可由三维力传感器4直接测出,而旋转方向上各电机扭矩需要电机中电流等参数间接得出,其原理如下:
由于动态扭矩测量往往比较复杂,需要由扭矩传感器和信号处理系统来完成,这将使得机器人去毛刺结构更加复杂,且成本增加。为实现自适应加工中毛刷电机实时扭矩参数标定,本申请通过测量电枢电流实现电机输出扭矩测量。将直流电机进行电路等效,电枢两端加电压U后,产生电磁转矩带动电机转子转动。与此同时,转子转动会使电枢绕组产生感应电动势E,各参量间的关系如下:
U=E+IaRa (a)
E=CEφn (b)
T=CTφIa (c)
其中,n为电机转速;Ra为电枢绕组的电阻值;Ia为电枢总电流;φ为每极磁通量;CT为转矩常数;CE为电动势常数;N为直流电机总导体数;a为并联支路数;p为电机的磁极对数。在不考虑电枢效应的情况下,φ均为常数,U,T,n三者之间的关系所示。这里的T是电机的电磁转矩,严格地讲,它与电机轴上的输出扭矩Tm是不同的,两者间相差空载转矩T0。但通常情况下T0与T或Tm相比很小,故实际应用中忽略T0。
依据式(f),可通过测量电枢电压U和转速n来计算电机扭矩T。但由于电机转速随负载扭矩变化的变化率较小,再考虑到转速的波动因素,使得通过测量电枢电压U和转速n来计算电机扭矩T的方法误差比较大。
由式(c)可知,在同一电压下电枢电流随着负载的增加而增大,同一负载下电枢电流随着电压的增加而增大,因此,电枢的电流值能够反映电机输出扭矩的大小,可通过测量电枢电流间接测量输出扭矩。
具体实验过程是:①将已知负载附加给电机,计算机通过给定电机转速控制信号,在转动过程中,记录当前控制电压和负载下的电枢电流值;②保持电机控制信号不变,改变负载大小,获得了在不同负载下的电枢电流值;③改变电机转速控制信号,重复上述过程。
步骤S3、加工过程中,实时采集四个毛刷电机组8电流、电压和三维力传感器4压力值,形成由两个闭环控制回路,一个为机器人关节角度的位姿闭环控制,另一个为自适应加工机构的力闭环控制。通过对机器人末端打磨过程中将实时监测传感器数据反馈给上位机控制器,然后与设定的自适应加工标定的参数相比较,求解加工平面最佳位姿以及机器人补偿运动变量,实时反馈至上位机,生成调姿指令。
步骤S4、上位机发送调姿指令,并控制六轴机器人调整姿态至自适应加工平面,实现自适应加工。
本发明应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (6)
1.一种六轴机器人自适应去毛刺加工机构,其特征在于,包括力传感器底座(3)、三维力传感器(4)、传感器过梁(5)和基座板(6),基座板(6)前侧中间位置垂直固定有定位标准杆(10),基座板(6)上还均匀固定有若干毛刷电机组(8),毛刷电机组(8)前侧通过联轴器连接有碗型不锈钢丝刷(9);三维力传感器(4)固定在力传感器底座(3)上,传感器过梁(5)呈“工”字形,基座板(6)背侧通过传感器过梁(5)与三维力传感器(4)相连接;力传感器底座(3)经转角(2)和法兰盘(1)固定在六轴机器人末端。
2.根据权利要求1所述的六轴机器人自适应去毛刺加工机构,其特征在于,沿定位标准杆(10)中心轴远离基座板(6)的方向定义为所述毛刺加工机构的Z轴方向,三维力传感器(4)主受力方向和各毛刷电机组(8)均与所述毛刺加工机构的Z轴方向保持平行。
3.根据权利要求1所述的六轴机器人自适应去毛刺加工机构,其特征在于,还包括两夹板(7),多个毛刷电机组(8)沿基座板(6)左右侧对称布置,基座板(6)左右侧及夹板(7)上对应位置均开设有与毛刷电机组(8)适配的半圆槽,所述多个毛刷电机组(8)通过所述两夹板(7)与基座板(6)相固定。
4.根据权利要求3所述的六轴机器人自适应去毛刺加工机构,其特征在于,毛刷电机组(8)的数量为四个,基座板(6)左右侧各两个,且四个毛刷电机组(8)呈矩形分布,构成四联工作组。
5.根据权利要求3所述的六轴机器人自适应去毛刺加工机构,其特征在于,部件间装配方式采用销钉定位,螺栓连接。
6.一种六轴机器人自适应去毛刺加工机构的控制方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤S1、启动六轴机器人、三维力传感器(4)和四个毛刷电机组(8),六轴机器人末端移动至待加工位置;
步骤S2、设置不同负载和不同加工平面,通过采集四个毛刷电机组(8)电流、电压和三维力传感器(4)压力值,完成自适应加工参数标定;
步骤S3、加工过程中,实时采集四个毛刷电机组(8)电流、电压和三维力传感器(4)压力值,并与标定参数进行比对,求解加工平面最佳位姿,生成调姿指令;
步骤S4、六轴机器人根据调姿指令调整姿态至自适应加工平面,实现自适应加工。
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