CN113276161A - 提升绝对定位精度的机器人大臂和托盘加工及装配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种提升绝对定位精度的机器人大臂和托盘加工及装配方法，包括以下步骤：（1）采用等高气缸将机器人大臂和托盘加工铸件垫高进行开粗，开粗后的机器人大臂和托盘安装面的平面度控制在0.02以下；（2）采用气动吸盘对开粗后形成的机器人大臂和托盘毛坯结构进行固定，对机器人大臂和托盘安装面以及其他结构进行精加工；（3）对加工完成的机器人大臂和托盘进行装配。本发明优化大臂和托盘的平行度，可以有效减小大臂和托盘装配后形成的角度，达到提高机器人绝对定位精度的效果；可以防止侧边有变形或者不平导致产品装夹力度不均匀，进而导致开粗面变形，平行度变差的问题。
Description
技术领域
本发明属于机器人加工领域，具体涉及一种提升绝对定位精度的机器人大臂和托盘加工装配方法。
背景技术
工业机器人因其优越的工作性能，已成为现代工业自动化生产装备的重要组成部分，尤其在汽车、电子、食品包装等行业广泛应用。机器人的绝对定位精度是其工作精度的重要保证，提高机器人的工作精度对推动工业自动化及智能化发展进程具有重要意义。工业机器人由于加工装配过程的制造几何参数误差，连杆和关节的柔性，及减速机齿隙等诸多不可避免的因素导致机器人绝对定位精度差，而其中几何参数误差是机器人末端误差的主要来源。目前，提高绝对定位精度的方法主要是误差补偿法、提高机器人本体的强度和刚度、降低本体的重量等方法。
本发明以SCARA机器人为研究对象,发现机器人大臂和托盘装配完成后一般会产生一定的角度误差，角度误差导致机器人末端Z方向产生误差，从而会影响机器人绝对定位精度，因此需要一种减小大臂和托盘角度误差以提高绝对定位精度的方法。
专利号为CN201710811069.6的中国专利中公开了一种用于工业机器人的误差补偿方法，其主要是通过动力学模型计算机器人末端力并结合重力、惯性力的刚度矩阵求解机器人末端受力状态的柔性偏移量，通过可接受误差反复迭代修正机器人末端位姿数据，最后通过逆运动学求解关节输入变量。此专利主要是通过动力学模型和刚度矩阵的方法补偿机器人各个零部件的弹性变形引起的末端位姿误差。弹性变形导致的误差通过此方法可以得到有效补偿。但是并不能对机器人的角度误差进行补偿。
专利号为CN201110113246.6的中国专利公开了一种用于工业机器人的空间立体网络精度补偿方法，该专利通过对包络空间内划分的某个立方体网络内的任一点，采用空间插值的方法对机器人的理论坐标进行修正，实现对机器人在该点的绝对定位精度补偿，然而该方法补偿的确定需要进行大量的实验，而且不能实现在不同姿态下对机器人绝对定位精度的补偿。并不能对机器人的角度误差进行补偿。
由于现有的补偿方法无法对角度误差进行补偿，为了使工业机器人能够满足更为精准的精细化作业应用到现场，需要设计一种提高机器人的绝对定位精度的方法，减小大臂和托盘之间形成的角度误差，减小角度误差对绝对定位精度的影响。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中机器人大臂和托盘装配完成后会产生一定的角度误差，角度误差导致机器人末端Z方向产生的误差，从而会影响绝对定位精度问题。
为此，本发明提供了一种提升绝对定位精度的机器人大臂和托盘加工及装配方法，包括以下步骤：
（1）采用等高气缸将机器人大臂和托盘加工铸件垫高进行开粗，开粗后的机器人大臂和托盘安装面的平面度控制在0.02以下；
（2）采用气动吸盘对开粗后形成的机器人大臂和托盘毛坯结构进行固定，对机器人大臂和托盘安装面以及其他结构进行精加工；
（3）对加工完成的机器人大臂和托盘进行装配。
进一步地，所述步骤（1）中所述等高气缸与所述机器人大臂和托盘加工铸件之间均垫有多个压块。
进一步地，所述步骤（1）中对机器人大臂和托盘安装面进行两次开粗，并在做精加工前用百分表托平。
进一步地，所述步骤（1）中用开粗后的机器人大臂和托盘安装面做基准面加工其他表面。
进一步地，所述步骤（1）开粗过程中加工用于夹具定位的定位孔，所述步骤（2）采用夹具通过所述定位孔对开粗后形成的机器人大臂和托盘毛坯结构进行固定。
进一步地，所述定位孔为盲孔。
进一步地，所述步骤（3）中，在装配的过程中采用激光跟踪仪测试大臂和托盘装配后形成的角度，并根据测得的角度选择合适的垫片垫在装配面以消除大臂和托盘形成的角度误差
进一步地，所述步骤（3）中，机器人大臂和托盘之间通过减速机进行装配。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
本发明提供的这种提升绝对定位精度的机器人大臂和托盘加工及装配方法，采用等高气缸将机器人大臂和托盘加工铸件垫高进行开粗，相对于直接垫等高垫定位精度更高；开粗后的机器人大臂和托盘安装面的平面度控制在0.02以内，对机器人大臂和托盘安装面的平面度做出更高要求，优化大臂和托盘的平行度，可以有效减小大臂和托盘装配后形成的角度，达到提高机器人绝对定位精度的效果；采用气动吸盘对开粗后形成的机器人大臂和托盘毛坯结构进行固定，取代现有的对毛坯结构侧边进行气缸推固定的方式，防止侧边有变形或者不平导致产品装夹力度不均匀，进而导致开粗面变形，平行度变差的问题。
附图说明
图1是本发明实施例提供的机器人大臂和托盘组装图；
图2是本发明实施例提供的SCARA机器人由于角度误差产生的Z方向误差的示意图；
图3是本发明实施例提供的加工大臂安装面时等高气缸压块位置示意图；
图4是本发明实施例提供的加工大臂安装面的定位位置的示意图。
附图标记说明：1、托盘；2、大臂；3、减速机；4、压块；5、定位孔；6、安装面。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1和图2所示，本实施例以SCARA机器人为例，SCARA机器人包括一轴底座组件、二轴大臂组件、三轴托盘组件。本体中大臂2安装减速机3安装面上，通过减速机3安装的安装面贴合在底座的安装面上进行连接，托盘1安装减速机3安装面上，通过减速机3安装的安装面贴合在大臂2的安装面上进行连接。以一轴底座安装面为基准面，那么大臂2和托盘1就会产生一定的角度误差。由于角度误差的存在，末端Z方向会产生一定为误差，影响末端绝对定位精度。而现有的误差补偿方法无法对角度误差进行补偿。因此，对结构公差进行分析，忽略其他因数，大臂2和托盘1安装面6的平行度以及装配工艺对大臂2和托盘1之间形成的角度影响最大。那么大臂2和托盘1的形成的角度的不同就会对装配出的机器人本体的绝对定位精度产生不同的影响。由于不同组合的大臂2和托盘1的安装面6的平行度的不同以及安装工艺的不完善，安装以后大臂2和托盘1所形成的夹角也会有一定的差异。形成的角度不同，会对机器人的绝对定位精度产生不同的影响。通过对SCARA机器人的本体中大臂2和托盘1安装面6的平行度的测试，用三坐标将其安装面6的平行度进行相应的测试，从中选中几套平行度比较好的大臂2和托盘1进行组合装配，同时装配出几套较差的，然后利用激光跟踪仪测试出本体装配好以后大臂2和托盘1所形成的角度，我们将其定义为β角。利用激光跟踪仪测试不同β角对标定的影响,从测试的数据可以看出β角对标定有明显的影响，当本体臂长为700mm时，β角为0.15度对应的绝对定位精度标定结果最大为0.8-0.9；β角为0.06度对应的绝对定位精度标定结果最大为0.4左右。当本体臂长为600mm时β角为0.07度对应的绝对定位精度标定结果最大为0.5左右；β角为0.01度对应的绝对定位精度标定结果最大为0.15-0.2以内。当本体臂长为400mm时β角为0.04度对应的绝对定位精度标定结果最大为0.15-0.2以内；β角为0.02度对应的绝对定位精度标定结果最大为0.15-0.2以内，因此，当本体臂长在一定范围内，β角影响本体的绝对定位精度。另外，臂长为600mm的两个本体，通过用激光跟踪仪对这两台平行度相对较好的大臂2和托盘1进行测试得出，其β角均为0.02左右，测试出的数据0.15mm以内。因此，β角越小的本体，对应的机器人本体的绝对定位精度也相对较小。而根据实验测试得出结果，β角越小的本体，对应的机器人本体的绝对定位精度也相对越小。因此，通过对结构公差进行分析，忽略其他因数，大臂2和托盘1安装面6的平行度以及装配时的工艺对大臂2和托盘1之间形成的角度影响最大。在一定范围以内，平行度越小，产生的β角越小，绝对定位精度越小。因此，本发明通过对大臂2和托盘1安装面6的平行度做更高要求的调整，以及对现有的装配工艺进行改进，以提高机器人的绝对定位精度。
基于此，本发明实施例提供了一种提升绝对定位精度的机器人大臂2和托盘1加工及装配方法，包括以下步骤：
（1）采用等高气缸将机器人大臂2和托盘1加工铸件垫高进行开粗，开粗后的机器人大臂2和托盘1安装面6的平面度控制在0.02以下；
具体地，参见图3所示，采用等高气缸垫压块4的方式对机器人大臂2和托盘1加工铸件进行垫高支撑，以方便进行开粗加工，相对于传统的直接垫等高垫的方式定位精度更高。本优选实施例中，所述等高气缸与所述机器人大臂2和托盘1加工铸件之间均垫有四个压块4，四个压块4分别位于四个角落附近，以实现平衡。铸件大多存在热处理变形，且不可控因素比较大，所以在加工铸件上开粗比较重要，开粗统一基准，可以为批量加工做前期工作。本优选实施例中，对机器人大臂2和托盘1安装面6进行两次开粗，并在做精加工前用百分表托平，保证开粗后的机器人大臂2和托盘1安装面6的平面度控制在0.02以下，对机器人大臂2和托盘1安装面6的平面度做出更高要求，优化大臂2和托盘1的平行度，可以有效减小大臂2和托盘1装配后形成的角度，达到提高机器人绝对定位精度的效果；后续用开粗后的机器人大臂2和托盘1安装面6做基准面加工其他表面，使得各加工面相对间的加工精度高且无需进行多次装夹，提高产品的合格率和生产效率。参见图4所示，本实施例中，开粗过程中加工用于夹具定位的定位孔5，用于后续夹具定位，优选地，所述定位孔5为盲孔，增加后续用的气动吸盘的接触面积，使吸盘更稳定。
（2）采用气动吸盘对开粗后形成的机器人大臂2和托盘1毛坯结构进行固定，对机器人大臂2和托盘1安装面6以及其他结构进行精加工；
具体的，采用夹具通过所述定位孔5对开粗后形成的机器人大臂2和托盘1毛坯结构进行固定，并采用气动吸盘对开粗后形成的机器人大臂2和托盘1毛坯结构表面进行固定，取代现有的对毛坯结构侧边进行气缸推固定的方式，防止侧边有变形或者不平导致产品装夹力度不均匀，进而导致开粗面变形，平行度变差的问题。
（3）对加工完成的机器人大臂2和托盘1进行装配。
具体地，机器人大臂2和托盘1之间通过减速机3进行装配。在装配的过程中采用激光跟踪仪测试大臂2和托盘1装配后形成的角度，并根据测得的角度选择合适的垫片垫在装配面以消除大臂2和托盘1形成的角度误差，进一步提高大臂2和托盘1安装面6平行度，提高机器人的绝对定位精度。
需要说明的是，本发明的机器人大臂2和托盘1是分开进行加工的，本实施例为了描述方便放在一起描述，不构成对本发明的限制。本实施例的提升绝对定位精度的机器人大臂2和托盘1加工及装配方法还包括其他的一些步骤，其均为本领域惯用手段，在此不再赘述。
综上所述，本发明通过对结构公差进行分析，忽略其他因素，发现托盘和大臂的平行度以及装配工艺对大臂和托盘之间形成的角度影响最大，利用对机器人大臂和托盘安装面的平行度进行更高要求的调整，对原有的加工工序进行改进，优化大臂和托盘的平行度。然后，在优化大臂和托盘安装面平行度的基础上，在装配过程中利用激光跟踪仪进行测试大臂和托盘之间形成的角度，通过测试出的角度，利用垫垫片的形式去消除产生的角度。通过以上两种方法来减小大臂和托盘之间形成的角度误差，使机器人的绝对定位精度得到有效的提升，更好的提升机器人本体性能，提高机器人的工作精度对推动工业自动化及智能化发展进程具有重要意义。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种提升绝对定位精度的机器人大臂和托盘加工及装配方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）采用等高气缸将机器人大臂和托盘加工铸件垫高进行开粗，开粗后的机器人大臂和托盘安装面的平面度控制在0.02以下；
（2）采用气动吸盘对开粗后形成的机器人大臂和托盘毛坯结构进行固定，对机器人大臂和托盘安装面以及其他结构进行精加工；
（3）对加工完成的机器人大臂和托盘进行装配。
2.如权利要求1所述的提升绝对定位精度的机器人大臂和托盘加工及装配方法，其特征在于：所述步骤（1）中所述等高气缸与所述机器人大臂和托盘加工铸件之间均垫有多个压块。
3.如权利要求1所述的提升绝对定位精度的机器人大臂和托盘加工及装配方法，其特征在于：所述步骤（1）中对机器人大臂和托盘安装面进行两次开粗，并在做精加工前用百分表托平。
4.如权利要求1所述的提升绝对定位精度的机器人大臂和托盘加工及装配方法，其特征在于：所述步骤（1）中用开粗后的机器人大臂和托盘安装面做基准面加工其他表面。
5.如权利要求1所述的提升绝对定位精度的机器人大臂和托盘加工及装配方法，其特征在于：所述步骤（1）开粗过程中加工用于夹具定位的定位孔，所述步骤（2）采用夹具通过所述定位孔对开粗后形成的机器人大臂和托盘毛坯结构进行固定。
6.如权利要求5所述的提升绝对定位精度的机器人大臂和托盘加工及装配方法，其特征在于：所述定位孔为盲孔。
7.如权利要求1所述的提升绝对定位精度的机器人大臂和托盘加工及装配方法，其特征在于：所述步骤（3），中在装配的过程中采用激光跟踪仪测试大臂和托盘装配后形成的角度，并根据测得的角度选择合适的垫片垫在装配面以消除大臂和托盘形成的角度误差。
8.如权利要求1所述的提升绝对定位精度的机器人大臂和托盘加工及装配方法，其特征在于：所述步骤（3）中，机器人大臂和托盘之间通过减速机进行装配。
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