CN113442026A - 一种打磨方法及打磨装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种打磨方法，根据机器人打磨系统打磨臂的长度将打磨区域面积划分成多个打磨子区域，每个所述子区域规划的打磨路线中包括弧形转弯路段，在进入所述转弯路段时所述打磨头一侧以预定角度α抬起，离开打磨表面，路径转弯后，再以同样的角度复位重新进入打磨表面。本发明进一步提供了可实现上述打磨方法的打磨装置。本发明提供的打磨方法和打磨装置，在转弯时无需降速，可提高打磨质量和打磨效率。

Description

一种打磨方法及打磨装置

技术领域

本发明涉及机器人打磨技术领域，尤其是一种打磨方法及打磨装置。

背景技术

工业机器人作为先进制造业中不可替代的重要装备和手段，已成为衡量一个国家制造业水平和科技水平的重要标志。我国正处于加快转型升级的重要时期，以工业机器人为主体的机器人产业，正是破解我国产业成本上升、环境制约问题的重要路径选择。

但是使用工业机器人打磨高铁车身腻子技术比较少见，仍有很多问题，如，如何保证打磨质量、如何设计机器人打磨路径等一系列问题。在仅有的少数高铁车身腻子的打磨技术中，机器人带动打磨头沿即定路径对车体进行打磨，如图1所示，常见的打磨方法中，以横向打磨为例，打磨头沿水平方向直线旋转打磨，在机器人打磨范围的末端，打磨头划一圆弧拐弯掉头进行下一水平线的打磨，即上、下相邻的两条水平打磨路径的端部通过圆弧状路径连接。在打磨头弧形转弯过程中，结合机器人特性，需降低打磨速度，影响打磨质量。在其他使用机器人进行打磨的技术领域，当打磨路径存在转弯时，同样存在类似的转弯打弯需降速影响打磨质量的问题。

发明内容

本发明主要目的在于解决上述问题和不足，提供一种打磨方法，在转弯时无需降速，提高打磨质量，并进一步提供了使用可实现此打磨方法的打磨装置。

为实现上述目的，本发明首先提供了一种打磨方法，其技术方案是：

一种打磨方法，根据机器人打磨系统打磨臂的长度将打磨区域面积划分成多个打磨子区域，每个所述子区域规划的打磨路线中包括弧形转弯路段，在进入所述转弯路段时所述打磨头一侧以预定角度α抬起，离开打磨表面，路径转弯后，再以同样的角度复位重新进入打磨表面。

进一步的，相邻子区域的转弯路段之间具有重叠打磨区域。

进一步的，所述打磨路线为蛇形路线，相邻子区域之间相互平行的蛇形打磨路线在转弯路段处具有重叠打磨区域。

进一步的，角度α的取值范围为10-40°。

进一步的，所述打磨头抬起角度的点到转弯点的距离为d，打磨头直径为D，重叠量M＝d+D。

进一步的，所述打磨头抬起角度的点到转弯点的距离为d的取值范围为10-60mm。

进一步的，所述重叠量M的取值范围为150-210mm。

进一步的，根据所述打磨头的粗糙度选择不同的角度α。

本发明的另一发明目的在于提供一种打磨装置，采用如下技术手段：

一种实现如前文所述打磨方法的打磨装置，包括：

机器人打磨系统，包括机器人和安装在所述机器打磨臂末端的打磨系统；机器人控制系统，规划并生成打磨路线，控制所述机器人的打磨臂按打磨路线行动作；

打磨控制系统，与所述机器人控制系统通讯，按规划路径及打磨要求控制所述打磨系统的打磨参数。

进一步的，还包括测量打磨区域粗糙度及确定打磨去除量的测量工具。

综上所述，本发明提供的一种打磨方法和打磨装置，与现有技术相比，具有如下技术优势：

1.在打磨路径的转弯路段，打磨头以一定角度提起，提供高速旋转的打磨头在转弯时必要的向心力，使打磨头在转弯时无需降速；

2.转弯路径具有一定的重叠量，对转弯处的打磨区域重复打磨，提高打磨质量；

3.打磨头以一定角度提起，使打磨头的两侧打磨量不同，重叠处两次打磨的轻重打磨量反向重合，避免打磨过量，进一步提高打磨质量。

附图说明：

图1：现有技术中打磨路径示意图；

图2：本发明提供的一种打磨装置的系统组成示意图；

图3：本发明提供的一种打磨方法中打磨路径示意图；

图4：本发明提供的一种打磨方法中重叠量示意图；

图5：转弯路段中不同抬起角度α时打磨粗糙度示意图；

图6：转弯路段中不同重叠量M时打磨粗糙度示意图；

其中，机器人控制系统1，打磨控制系统2，机器人3，打磨系统4。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

本发明提供了一种打磨方法，根据机器人打磨系统打磨臂的长度将打磨区域面积划分成多个打磨子区域，每个所述子区域规划的打磨路线中包括弧形转弯路段，在进入所述转弯路段时所述打磨头一侧以预定角度α抬起，离开打磨表面，路径转弯后，再以同样的角度复位重新进入打磨表面。

以轨道车辆车体侧墙腻子涂装后的打磨为例，介绍本发明提供的一种打磨方法及实现该打磨方法的打磨装置。如图2所示，本发明提供的一种打磨装置，包括机器人打磨系统、机器人控制系统、打磨控制系统，其中，机器人打磨系统包括机器人和安装在机器人打磨臂(机械臂)末端的打磨系统，在本实施例中，打磨系统采用AOK打磨系统，AOK打磨系统是一种集成打磨系统，包括力控系统和打磨系统，可方便集成控制打磨轨道车辆车体侧墙腻子时的打磨压力、打磨头转动速度等打磨参数，AOK打磨系统安装在机器人打磨臂(机械臂，后同)的末端，机器人根据机器人控制系统输出的指令，驱动AOK打磨系统按规划的打磨路径进行打磨作业。

机器人控制系统内置各车型车体侧墙结构参数及结构示图以及现场可使用的各种规格的打磨头，打磨头的规格包括但不限于打磨头的初始粗糙度(目数)、打磨头直径等，机器人控制系统可根据要打磨的车体侧墙结构特征(包括但不限于车体本身的结构及涂装的腻子的厚度、去除量、腻子的最终厚度)以及要使用的打磨头的规格参数，规划并生成打磨路线，并控制机器人的打磨臂按打生成的打磨路线行动作。在实际应用中，也可在线下规划生成打磨路线后上传给机器人控制系统，并由机器人控制系统控制机器人按指令及打磨路径进行打磨作业。由于轨道车辆侧墙结构的特殊性，可根据结构特征进行子区域的划分，对车体侧墙主体结构(大面积板状结构)、车窗之间、侧墙与门体之间及车窗与侧墙主体结构之间的不同结构进行划分，并配合打磨臂的可打磨范围，将整个打磨区域划分成多个打磨子区域，各子区域的面积大小根据对应的结构特征的不同而不同，对于具有相同结构特征且打磨面积相同的子区域，可采用相同的打磨参数。划分出打磨子区域后，再对各子区域进行打磨路径的规划，对于轨道车辆而言，车体纵向方向(垂直于车体运行方向)的结构变化相对较大，打磨参数变化同样较大，打磨控制较为复杂，打磨质量不易控制；而车体横向方向(车体运行方向)的结构参数变化不大，打磨参数相对恒定，因此，在本实施例中，在每个子区域内规划的打磨路线以水平横向为主，进行蛇形往复推进打磨，机器人驱动AOK打磨系统从本区域的左侧边缘进入打磨作业，并向右推进至本子区域的右侧边缘，在预定位置处进入弧形转弯路段，经弧形转弯后，进入下一直线打磨路线，向左推进打磨，至左侧的预定位置经弧形转弯路段进入下一直线打磨路线，循环往复，至完成本子区域的全部打磨作业。进行蛇形往复打磨时，纵向方向上相邻两直线打磨路径之间的距离(两打磨路径中心线之间的距离)小于等于打磨头打磨头直径。

打磨控制系统与机器人控制系统通讯，机器人控制系统规划打磨路径的同时生成打磨参数，并将打磨参数传送给打样磨控制系统，打磨控制系统按规划路径及打磨要求控制打磨系统的打磨参数，如打磨压力、打磨转速等，还可进行人机交互，手动调节打磨参数。

进一步的，打磨装置还包括测量打磨区域粗糙度及确定打磨去除量的测量工具，在本实施例中，测量装置采用标准驱动型三丰SJ-210型号(0.75nN型)粗糙度仪，包括便于操作的触摸屏、探针及控制器，触摸屏可进行人机交互，实时显示测量数据以及进行人机交互，进行测量参数的调整，控制器可为带有SURFPAK-SJ软件的PC连接端，具有统计处理功能，可用于打印检测结果，平移范围12.5mm(5〞)，测量力为0.75mN，控制器内预存各车体腻子的标准值，探针用于测量粗糙度，即测量腻子涂层的厚度，从而与预设的车体腻子厚度标准值比较，确定打磨过程中的去除量。

由于机器人的特性，在转弯时打磨控制系统控制打磨系统降低行走速度，转弯完成后再进入打磨直线段时，再恢复原打磨速度，在转弯时降低打磨速度将影响打磨质量，本发明进一步提供了一种打磨方法，无需在转弯时降低打磨系统的推进速度，提高打磨质量。各车型可预先在线下将需打磨的整体区域按结构特征配合现场使用的打磨装置模分成多个打磨子区域，并规划各子区域内的打磨路径，将子区域及打磨路径信息传输给机器人控制系统，由机器人控制系统根据上述信息，生成控制机器人动作的控制参数；或机器人控制系统内预存各类车型的结构参数以及预先规划的子区域及打磨路径信息，输入现场需打磨的车体型号，调出此车体的打磨控制参数，以此控制机器人的动作，控制机器人按预定的行进速度行进，并由机器人带动打磨系统按规划路径打磨车体。利用测量工具测量车体侧墙上已涂装的腻子层的厚度(全车身测量)用于确定打磨过程中的去除量，尤其是控制进入打磨状态时(打磨起始点)的打磨去除量，根据车体结构特征进行打磨作业；打磨控制系统进一步根据去除量、腻子涂层的粗糙度、打磨头的粗糙度确定打磨参数，如打磨压力、打磨头旋转速度等，进行打磨作业。

机器人控制系统输出控制指令，驱动机器人的机械臂按预定打磨路径动作，实现打磨操作。在本实施例中，当打磨系统的打磨头进入到转弯阶段时，按机器人控制系统输出的指令，控制打磨系统的打磨头以一定角度α抬起，离开打磨表面，对转弯处进行不降速转弯打磨，路径转弯换行后，再以相同的角度进入打磨表面，继续进行水平方向的直线打磨。如图5和图6所示，针对打磨过程中使用的不同打磨速度、不同抬起角度α分别进行大量实验验证，确定在常用的不同打磨速度下，抬起角度α的选值范围为10-40°，抬起方向可为与打磨头转弯时产生的向心力的反向，以平衡向心力作用，实现转弯时的平稳过渡，因此抬起角度α的选择与打磨速度以及此打磨速度下转弯时产生的向心力大小相关。

由于在转弯时，打磨头一侧指起，使转弯处的打弯后的平面具备一定的倾斜度，且抬起后打磨压力变小，打磨量、去除量降低，为改善由此带来的转弯路段的打磨效果，在本实施例中，水平方向上，相邻子区域之间具备一定的重叠量，且相邻子区域的蛇形打磨路径相对，相同位置的打磨路径在同一水平线上，相邻子区域的同一水平线上的转弯路段具有重叠打磨区域，使转弯路段处进行两次打磨，以平衡掉由于打磨砺头抬起导致的打磨去除量降低的问题。由于两重叠处的转弯路段的向心力方向相反，打磨头抬起的角度方向相返，使因打磨时打磨头抬起而形成的两个倾斜面反向相叠，实现平面效果。

相邻两子区域的重叠量可通过计算获得，且重叠量与打磨头直径、转弯距离相关，如图2和图3所示，打磨头转弯时抬起角度的点到转弯点的距离为d，打磨头直径为D，重叠量M＝d+D。经大量实验验证，在本实施例中，打磨头抬起角度的点到转弯点的距离为d的取值范围为10-60mm，重叠量M的取值范围为150-210mm，打磨头抬起角度的点到转弯点的距离d的取值与打磨头直径相关，避免转弯时打磨过量。

在实验过程中发现，打磨头的粗糙度与打磨去除量有关，打磨头粗糙度大，去除量大，而打磨头在转弯时抬起角度也与去除量相关，因此，在转弯路段时，打磨头抬起角度α的取值与打磨头的粗糙度相关，打磨头粗糙度越大，打磨时去除量越大，因此，在转弯时抬起角度α越大。进一步的，打磨头的粗糙度随打磨作业的进行而变小，因此，在打磨作业中，随打磨作业的进行，打磨压力、打磨速度等打磨参数是变化的，以确保在整个过程中，打磨去除量相同，打磨质量相同，同样的，转弯时，打磨头抬起的角度α也是变化的，随打磨作业的进行，打磨头抬起的角度变小，提高打磨质量。因此，在规划打磨子区域时，同样需参考打磨片的打磨周期，但即便打磨压力、打磨转弯、推进速度不同，同质量的打磨片的消耗相差较小，因此可将一片打磨片可打磨的区域做为一个子区域，且水平方向相邻的两个子区域的打磨进入方向相反，如对左侧区域进行打磨时，打磨进入的方向为从子区域的左侧向右侧推进打磨，完成左侧子区域打磨后，换右侧子区域进行打磨时，从该区域的右侧向左侧推进打磨，使两子区域的重叠部分的打磨片的粗糙度基本相同，以提高打磨效果。在实际应用中，可对不同打磨参数下不同打磨阶段的打磨片粗糙度进行检验，同时检测打磨去除量(打磨后腻子的涂层厚度)，以确定各转弯路段对应的打磨片的粗糙度，再进行粗糙度与抬起角度α之间关系的试验，最终获得不同打磨参数、不同打磨路段的打磨片粗糙度、转弯时抬起角度α之间的对应关系，并预存到打磨控制系统和/或机器人控制系统中，打磨控制系统根据车型、打磨片型号、打磨去除量以及预综上所述，本发明提供的一种打磨方法和打磨装置，与现有技术相比，具有如下技术优势：

1.在打磨路径的转弯路段，打磨头以一定角度提起，提供高速旋转的打磨头在转弯时必要的向心力，使打磨头在转弯时无需降速；

2.转弯路径具有一定的重叠量，对转弯处的打磨区域重复打磨，提高打磨质量；

3.打磨头以一定角度提起，使打磨头的两侧打磨量不同，重叠处两次打磨的轻重打磨量反向重合，避免打磨过量，进一步提高打磨质量。

如上所述，结合所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种打磨方法，其特征在于：根据机器人打磨系统打磨臂的长度将打磨区域面积划分成多个打磨子区域，每个所述子区域规划的打磨路线中包括弧形转弯路段，在进入所述转弯路段时所述打磨头一侧以预定角度α抬起，离开打磨表面，路径转弯后，再以同样的角度复位重新进入打磨表面。

2.如权利要求1所述的一种打磨方法，其特征在于：相邻子区域的转弯路段之间具有重叠打磨区域。

3.如权利要求1所述的一种打磨方法，其特征在于：所述打磨路线为蛇形路线，相邻子区域之间相互平行的蛇形打磨路线在转弯路段处具有重叠打磨区域。

4.如权利要求1所述的一种打磨方法，其特征在于：角度α的取值范围为10-40°。

5.如权利要求2至4任一项所述的一种打磨方法，其特征在于：所述打磨头抬起角度的点到转弯点的距离为d，打磨头直径为D，重叠量M＝d+D。

6.如权利要求5所述的一种打磨方法，其特征在于：所述打磨头抬起角度的点到转弯点的距离为d的取值范围为10-60mm。

7.如权利要求5所述的一种打磨方法，其特征在于：所述重叠量M的取值范围为150-210mm。

8.如权利要求1所述的一种打磨方法，其特征在于：根据所述打磨头的粗糙度选择不同的角度α。

9.一种实现如权利要求1至8任一项打磨方法的打磨装置，其特征在于：包括，

机器人打磨系统，包括机器人和安装在所述机器打磨臂末端的打磨系统；

机器人控制系统，规划并生成打磨路线，控制所述机器人的打磨臂按打磨路线行动作；

打磨控制系统，与所述机器人控制系统通讯，按规划路径及打磨要求控制所述打磨系统的打磨参数。

10.如权利要求9所述的一种打磨装置，其特征在于：还包括测量打磨区域粗糙度及确定打磨去除量的测量工具。

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