CN117445002B - 一种带切削力反馈的去毛刺机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带切削力反馈的去毛刺机器人，去毛刺机器人包括机械臂、去毛刺组件、工作台、视觉系统、控制系统，去毛刺组件与机械臂传动连接，工作台上设置有安装槽，安装槽与工件尺寸适配，视觉系统与去毛刺组件紧固连接，视觉系统与控制系统电连接，控制系统与机械臂和去毛刺组件电连接，去毛刺组件包括驱动装置、打磨装置、护罩，护罩与机械臂紧固连接，驱动装置机械臂与紧固连接，打磨装置与驱动装置传动连接，视觉系统与控制系统结合，自动检测工件表面的毛刺，并确定毛刺的位置、形状和尺寸，使用动态规划算法来计算最佳路径和姿态，以便机械臂在最短的时间内将去毛刺组件移动到目标位置并完成毛刺的处理，智能化程度高。

Description

一种带切削力反馈的去毛刺机器人

技术领域

本发明涉及去毛刺机器人技术领域，具体为一种带切削力反馈的去毛刺机器人。

背景技术

金属切削和钻孔过程常常伴随着毛刺的生成，毛刺一般位于工件的加工边缘，毛刺的存在降低了工件的精度和表面质量，影响到产品的使用性能，对于工件表面产生的毛刺，人们通常用去毛刺工序来解决，去毛刺能够提高工件的表面质量，但是如果毛刺去除不当还会导致整个产品报废，造成经济损失。

切削力，是指在切削过程中产生的作用在工件和刀具上的大小相等、方向相反的切削力。通俗的讲：在切削加工时，工件材料抵抗刀具切削时产生的阻力；去毛刺机器人是去除毛刺的一种加工设备，去除毛刺能力稳定，生产效率高，易于实现自动化控制。

现有的去毛刺机器人，通过自动控制的机械臂带动打磨头贴近工件，通过打磨头的转动，对工件进行毛刺的去除，但是打磨头在打磨过程中会受到工件对它的阻力，降低打磨时转速，难以保证去毛刺过程中的表面质量。

因此，需要一种能够在加工过程中根据切削力反馈进行自动调节的去毛刺机器人，来提高工作效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带切削力反馈的去毛刺机器人，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：去毛刺机器人包括机械臂、去毛刺组件、工作台、视觉系统、控制系统，去毛刺组件与机械臂传动连接，工作台上设置有安装槽，安装槽与工件尺寸适配，视觉系统与去毛刺组件紧固连接，视觉系统与控制系统电连接，控制系统与机械臂和去毛刺组件电连接，去毛刺组件包括驱动装置、打磨装置、护罩，护罩与机械臂紧固连接，驱动装置机械臂与紧固连接，打磨装置与驱动装置传动连接。

本发明采用打磨的方式去除工件上的毛刺，机械臂为去毛刺机器人的主要动力源，机械臂为多自由度的，具有精确控制和高度灵活的能力，在工件被放置在工作台上的安装槽内固定之后，视觉系统工作，视觉系统为高精度的视觉感知系统，可将工件图案传递给控制系统，控制系统使用图像处理算法，它能够检测工件表面的毛刺，并确定毛刺的位置、形状和尺寸，接着控制系统使用动态规划算法来计算最佳路径和姿态，以便机械臂在最短的时间内将去毛刺组件移动到目标位置并完成毛刺的处理，驱动装置为去毛刺组件的动力源，驱动装置带动打磨装置去除工件表面的毛刺，护罩用于阻挡打磨时产生的碎屑，防止污染。

进一步的，驱动装置包括转动电机、联轴器，转动电机与机械臂紧固连接，联轴器与转动电机的输出轴传动连接，打磨装置与联轴器传动连接，转动电机与控制系统电连接。

机械臂为转动电机提供安装基础，转动电机为驱动装置的动力源，转动电机启动，带动联轴器转动，进而带动打磨装置转动，打磨装置通过转动去除工件表面的毛刺，控制系统用于控制转动电机的功率，使打磨过程的转速稳定。

进一步的，打磨装置包括传动杆、打磨头、切削力反馈机构、离子发生器，传动杆远离打磨头的一端与联轴器传动连接，打磨头与传动杆紧固连接，切削力反馈机构与传动杆紧固连接，切削力反馈机构与控制系统电连接，离子发生器与机械臂紧固连接，离子发生器的出口朝向打磨头。

联轴器将转动电机的动力传递给传动杆，传动杆转动，进而带动打磨头转动，机械臂在控制系统的控制下，带动转动的打磨头扫过需要加工的工件表面，来去除毛刺，因为切削力是指在切削加工时，工件材料抵抗刀具切削时产生的阻力，就是指在去毛刺过程中，毛刺对打磨头的阻力，而打磨头受到阻力，传动杆的转速就会降低，切削力反馈机构通过检测传动杆的转速，就可获得加工时切削力的反馈，并将信号传递给控制系统用于分析，在打磨去毛刺的过程中，难免会产生碎屑，通过将离子发生器的出口设置在打磨头的位置，可以使得产生的碎屑带上电荷，便于下一步的收集利用。

进一步的，护罩包括连接杆、外壳、弹簧、橡胶垫，连接杆与机械臂紧固连接，外壳与连接杆滑动连接，弹簧套设在连接杆上，外壳内设有加工室，打磨头穿过外壳伸入加工室内，橡胶垫与外壳紧固连接，橡胶垫位于外壳的底端。

在机械臂带动去毛刺组件贴近工件的过程中，护罩会贴合在工件表面，以阻挡加工时产生的碎屑飞溅，在机械臂的推力作用下，连接杆受到一个向下的力，弹簧受力压缩，缓冲外壳与工件的接触过程，防止接触时的冲击力过大，造成工件偏移，影响加工质量，外壳与工件接触的底端设有橡胶垫，不仅可避免外壳刮花工件，也可使得加工室保持在一个相对密封的环境，提高碎屑的阻挡作用。

进一步的，切削力反馈机构包括反光片、点光源、光敏电阻，反光片与传动杆紧固连接，点光源和光敏电阻与外壳紧固连接，光敏电阻与控制系统电连接。

通过将反光片、点光源、光敏电阻设置在同一水平面上，当传动杆转动时，反光片会随着传动杆转动，点光源发出的光线在照射到反光片上时，会反射到光敏电阻上，光敏电阻在受到光线照射时，电阻会发生变化，并且会以传动杆的转速为基础，光敏电阻的电阻会按照一定频率变化，控制系统通过分析这一变化，就可获得该传动杆的转速，而切削力与转速有一定关系，切削力越大，打磨时受到的阻力就越大，传动杆的转速就会降低，控制系统提高转动电机的功率，将转速保持在一定范围内，提高加工质量。

进一步的，视觉系统包括支架、CCD相机，支架与外壳紧固连接，CCD相机与支架紧固连接，CCD相机朝向工件，CCD相机与控制系统电连接。

外壳为视觉系统提供安装基础，支架固定在外壳上，将CCD相机朝向工件，CCD相机可对工件进行成像，并将成像传递给控制系统用于分析。

进一步的，去毛刺组件还包括除尘装置，除尘装置包括风机、进风管、出风管、集尘盒，风机与外壳紧固连接，风机的出风口与进风管连通，进风管与加工室连通，进风管和出风管相向设置，风机的进风口与出风管连通，出风管内设有一挡板，挡板倾斜放置，集尘盒与出风管连通，集尘盒位于挡板下方。

除尘装置是为了去除加工过程中产生的碎屑，风机为除尘装置的动力源，风机启动，通过进风管将高速气流吹入加工室内，不仅可对工作中的打磨头起到降温作用，还可将加工过程中产生的碎屑导向出风管处，进风管和出风管在加工室形成一个气流循环，不断将加工时产生的碎屑吹走，使得碎屑扫过未加工的表面，对未去除的毛刺进行一个磨削，提高加工效率，并可清扫加工路径上的杂物，提高加工精度，在碎屑进入出风管后，会碰撞到倾斜放置的挡板，给碎屑一个反作用力，使得碎屑落入集尘盒内进行收集，避免碎屑被风机吸入，损坏风机。

进一步的，去毛刺组件还包括电场发生器，电场发生器与外壳紧固连接，电场发生器位于加工室内。

电场发生器工作，使得加工室产生一个电场，而离子发生器使得加工过程中产生的碎屑带上的电荷，电场会对带电荷的碎屑起到导向作用，使得碎屑沿电场线运动扫过工件表面，在气流和电场的双重约束下对工件表面的毛刺起到磨削作用，提高了加工效率，并且可根据不同形状的工件，调节电场的形状，以提高本发明的适用性。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明通过视觉系统与控制系统结合，自动检测工件表面的毛刺，并确定毛刺的位置、形状和尺寸，控制系统使用动态规划算法来计算最佳路径和姿态，以便机械臂在最短的时间内将去毛刺组件移动到目标位置并完成毛刺的处理，智能化程度高；

通过连接杆、弹簧和橡胶垫的配合，将加工室保持在一个相对密封的环境，避免加工时产生的碎屑飞溅，并可降低接触时的冲击力，防止工件偏移，提高加工质量；

通过反光片、点光源和光敏电阻之间的配合，将加工时的切削力转化为可测量的电信号，控制系统根据测量到的电信号将打磨头的转速保持在一定范围内，避免因转速不一致，影响加工质量；

离子发生器、风机和电场发生器配合，通过气流和电场的将加工时产生的碎屑约束在加工路径上，对工件表面起到预磨削的作用，提高加工效率，并可清扫加工路径上的杂物，提高加工精度。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的总体结构示意图；

图2是本发明的去毛刺组件结构示意图；

图3是本发明的打磨装置结构示意图；

图4是图3的局部放大图；

图5是本发明的切削力反馈机构结构示意图；

图6是本发明的除尘装置结构示意图；

图7是本发明的出风管示意图；

图8是本发明的电场发生器示意图；

图中：1-机械臂、2-去毛刺组件、21-驱动装置、211-转动电机、212-联轴器、22-打磨装置、221-传动杆、222-打磨头、223-切削力反馈机构、2231-反光片、2232-点光源、2233-光敏电阻、224-离子发生器、23-护罩、231-连接杆、232-外壳、2321-加工室、233-弹簧、234-橡胶垫、24-除尘装置、241-风机、242-进风管、243-出风管、2431-挡板、244-集尘盒、25-电场发生器、3-工作台、4-视觉系统、41-支架、42-CCD相机、5-控制系统。

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他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供技术方案：

如图1、图2所示，去毛刺机器人包括机械臂1、去毛刺组件2、工作台3、视觉系统4、控制系统5，去毛刺组件2与机械臂1传动连接，工作台3上设置有安装槽，安装槽与工件尺寸适配，视觉系统4与去毛刺组件2紧固连接，视觉系统4与控制系统5电连接，控制系统5与机械臂1和去毛刺组件2电连接，去毛刺组件2包括驱动装置21、打磨装置22、护罩23，护罩23与机械臂1紧固连接，驱动装置21机械臂1与紧固连接，打磨装置22与驱动装置21传动连接。

本发明采用打磨的方式去除工件上的毛刺，机械臂1为去毛刺机器人的主要动力源，机械臂1为多自由度的，具有精确控制和高度灵活的能力，在工件被放置在工作台3上的安装槽内固定之后，视觉系统4工作，视觉系统4为高精度的视觉感知系统，可将工件图案传递给控制系统5，控制系统5使用图像处理算法，它能够检测工件表面的毛刺，并确定毛刺的位置、形状和尺寸，接着控制系统5使用动态规划算法来计算最佳路径和姿态，以便机械臂1在最短的时间内将去毛刺组件2移动到目标位置并完成毛刺的处理，驱动装置21为去毛刺组件2的动力源，驱动装置21带动打磨装置22去除工件表面的毛刺，护罩23用于阻挡打磨时产生的碎屑，防止污染。

如图3所示，驱动装置21包括转动电机211、联轴器212，转动电机211与机械臂1紧固连接，联轴器212与转动电机211的输出轴传动连接，打磨装置22与联轴器212传动连接，转动电机211与控制系统5电连接。

机械臂1为转动电机211提供安装基础，转动电机211为驱动装置21的动力源，转动电机211启动，带动联轴器212转动，进而带动打磨装置22转动，打磨装置22通过转动去除工件表面的毛刺，控制系统5用于控制转动电机211的功率，使打磨过程的转速稳定。

如图3所示，打磨装置22包括传动杆221、打磨头222、切削力反馈机构223、离子发生器224，传动杆221远离打磨头222的一端与联轴器212传动连接，打磨头222与传动杆221紧固连接，切削力反馈机构223与传动杆221紧固连接，切削力反馈机构223与控制系统5电连接，离子发生器224与机械臂1紧固连接，离子发生器224的出口朝向打磨头222。

联轴器212将转动电机211的动力传递给传动杆221，传动杆221转动，进而带动打磨头222转动，机械臂1在控制系统5的控制下，带动转动的打磨头222扫过需要加工的工件表面，来去除毛刺，因为切削力是指在切削加工时，工件材料抵抗刀具切削时产生的阻力，就是指在去毛刺过程中，毛刺对打磨头222的阻力，而打磨头222受到阻力，传动杆221的转速就会降低，切削力反馈机构223通过检测传动杆221的转速，就可获得加工时切削力的反馈，并将信号传递给控制系统5用于分析，在打磨去毛刺的过程中，难免会产生碎屑，通过将离子发生器224的出口设置在打磨头222的位置，可以使得产生的碎屑带上电荷，便于下一步的收集利用。

如图3、图4所示，护罩23包括连接杆231、外壳232、弹簧233、橡胶垫234，连接杆231与机械臂1紧固连接，外壳232与连接杆231滑动连接，弹簧233套设在连接杆231上，外壳232内设有加工室2321，打磨头222穿过外壳232伸入加工室2321内，橡胶垫234与外壳232紧固连接，橡胶垫234位于外壳232的底端。

在机械臂1带动去毛刺组件2贴近工件的过程中，护罩23会贴合在工件表面，以阻挡加工时产生的碎屑飞溅，在机械臂1的推力作用下，连接杆231受到一个向下的力，弹簧233受力压缩，缓冲外壳232与工件的接触过程，防止接触时的冲击力过大，造成工件偏移，影响加工质量，外壳232与工件接触的底端设有橡胶垫234，不仅可避免外壳232刮花工件，也可使得加工室2321保持在一个相对密封的环境，提高碎屑的阻挡作用。

如图3、图5所示，切削力反馈机构223包括反光片2231、点光源2232、光敏电阻2233，反光片2231与传动杆221紧固连接，点光源2232和光敏电阻2233与外壳232紧固连接，光敏电阻2233与控制系统5电连接。

通过将反光片2231、点光源2232、光敏电阻2233设置在同一水平面上，当传动杆221转动时，反光片2231会随着传动杆221转动，点光源2232发出的光线在照射到反光片2231上时，会反射到光敏电阻2233上，光敏电阻2233在受到光线照射时，电阻会发生变化，并且会以传动杆221的转速为基础，光敏电阻2233的电阻会按照一定频率变化，控制系统5通过分析这一变化，就可获得该传动杆221的转速，而切削力与转速有一定关系，切削力越大，打磨时受到的阻力就越大，传动杆221的转速就会降低，控制系统5提高转动电机211的功率，将转速保持在一定范围内，提高加工质量。

如图2、图6所示，视觉系统4包括支架41、CCD相机42，支架41与外壳232紧固连接，CCD相机42与支架41紧固连接，CCD相机42朝向工件，CCD相机42与控制系统5电连接。

外壳232为视觉系统4提供安装基础，支架41固定在外壳232上，将CCD相机42朝向工件，CCD相机42可对工件进行成像，并将成像传递给控制系统5用于分析。

如图6、图7所示，去毛刺组件2还包括除尘装置24，除尘装置24包括风机241、进风管242、出风管243、集尘盒244，风机241与外壳232紧固连接，风机241的出风口与进风管242连通，进风管242与加工室2321连通，进风管242和出风管243相向设置，风机241的进风口与出风管243连通，出风管243内设有一挡板2431，挡板2431倾斜放置，集尘盒244与出风管243连通，集尘盒244位于挡板2431下方。

除尘装置24是为了去除加工过程中产生的碎屑，风机241为除尘装置24的动力源，风机241启动，通过进风管242将高速气流吹入加工室2321内，不仅可对工作中的打磨头222起到降温作用，还可将加工过程中产生的碎屑导向出风管243处，进风管242和出风管243在加工室2321形成一个气流循环，不断将加工时产生的碎屑吹走，使得碎屑扫过未加工的表面，对未去除的毛刺进行一个磨削，提高加工效率，并可清扫加工路径上的杂物，提高加工精度，在碎屑进入出风管243后，会碰撞到倾斜放置的挡板2431，给碎屑一个反作用力，使得碎屑落入集尘盒244内进行收集，避免碎屑被风机241吸入，损坏风机241。

如图3、图8所示，去毛刺组件2还包括电场发生器25，电场发生器25与外壳232紧固连接，电场发生器25位于加工室2321内。

电场发生器25工作，使得加工室2321产生一个电场，而离子发生器224使得加工过程中产生的碎屑带上的电荷，电场会对带电荷的碎屑起到导向作用，使得碎屑沿电场线运动扫过工件表面，在气流和电场的双重约束下对工件表面的毛刺起到磨削作用，提高了加工效率，并且可根据不同形状的工件，调节电场的形状，以提高本发明的适用性。

本发明的工作原理：首先，将在工件放置在工作台3上的安装槽内固定，视觉系统4工作，将工件图案传递给控制系统5，控制系统5使用图像处理算法，检测工件表面的毛刺，并确定毛刺的位置、形状和尺寸，接着控制系统5使用动态规划算法来计算最佳路径和姿态，以便机械臂1在最短的时间内将去毛刺组件2移动到目标位置并完成毛刺的处理，通过反光片2231、点光源2232和光敏电阻2233之间的配合，将加工时的切削力转化为可测量的电信号，控制系统5根据测量到的电信号将打磨头222的转速保持在一定范围内，离子发生器224、风机241和电场发生器25配合，通过气流和电场的将加工时产生的碎屑约束在加工路径上，对工件表面起到预磨削的作用。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种带切削力反馈的去毛刺机器人，其特征在于：所述去毛刺机器人包括机械臂（1）、去毛刺组件（2）、工作台（3）、视觉系统（4）、控制系统（5），所述去毛刺组件（2）与机械臂（1）传动连接，所述工作台（3）上设置有安装槽，所述安装槽与工件尺寸适配，所述视觉系统（4）与去毛刺组件（2）紧固连接，所述视觉系统（4）与控制系统（5）电连接，所述控制系统（5）与机械臂（1）和去毛刺组件（2）电连接，所述去毛刺组件（2）包括驱动装置（21）、打磨装置（22）、护罩（23），所述护罩（23）与机械臂（1）紧固连接，所述驱动装置（21）机械臂（1）与紧固连接，所述打磨装置（22）与驱动装置（21）传动连接；

所述护罩包括外壳（232），所述外壳（232）内设有加工室（2321）；

所述去毛刺组件（2）还包括除尘装置（24），所述除尘装置（24）包括风机（241）、进风管（242）、出风管（243）、集尘盒（244），所述风机（241）与外壳（232）紧固连接，所述风机（241）的出风口与进风管（242）连通，所述进风管（242）与加工室（2321）连通，所述进风管（242）和出风管（243）相向设置，所述风机（241）的进风口与出风管（243）连通，所述出风管（243）内设有一挡板（2431），所述挡板（2431）倾斜放置，所述集尘盒（244）与出风管（243）连通，所述集尘盒（244）位于挡板（2431）下方；

所述去毛刺组件（2）还包括电场发生器（25），所述电场发生器（25）与外壳（232）紧固连接，所述电场发生器（25）位于加工室（2321）内；

所述驱动装置（21）包括转动电机（211）、联轴器（212），所述转动电机（211）与机械臂（1）紧固连接，所述联轴器（212）与转动电机（211）的输出轴传动连接，所述打磨装置（22）与联轴器（212）传动连接，所述转动电机（211）与控制系统（5）电连接；

所述打磨装置（22）包括传动杆（221）、打磨头（222）、切削力反馈机构（223）、离子发生器（224），所述传动杆（221）远离打磨头（222）的一端与联轴器（212）传动连接，所述打磨头（222）与传动杆（221）紧固连接，所述切削力反馈机构（223）与传动杆（221）紧固连接，所述切削力反馈机构（223）与控制系统（5）电连接，所述离子发生器（224）与机械臂（1）紧固连接，所述离子发生器（224）的出口朝向打磨头（222）；

电场发生器（25）工作，使得加工室（2321）产生一个电场，而离子发生器（224）使得加工过程中产生的碎屑带上的电荷，电场会对带电荷的碎屑起到导向作用，使得碎屑沿电场线运动扫过工件表面，离子发生器（224）、风机（241）和电场发生器（25）配合，通过气流和电场的将加工时产生的碎屑约束在加工路径上，对工件表面起到预磨削的作用；

所述切削力反馈机构（223）包括反光片（2231）、点光源（2232）、光敏电阻（2233），所述反光片（2231）与传动杆（221）紧固连接，所述点光源（2232）和光敏电阻（2233）与外壳（232）紧固连接，所述光敏电阻（2233）与控制系统（5）电连接；

通过将反光片（2231）、点光源（2232）、光敏电阻（2233）设置在同一水平面上，当传动杆（221）转动时，反光片（2231）会随着传动杆（221）转动，点光源（2232）发出的光线在照射到反光片（2231）上时，会反射到光敏电阻（2233）上，光敏电阻（2233）在受到光线照射时，电阻会发生变化，并且会以传动杆（221）的转速为基础，光敏电阻（2233）的电阻会按照一定频率变化，控制系统（5）通过分析这一变化，就可获得该传动杆（221）的转速，而切削力与转速有一定关系，切削力越大，打磨时受到的阻力就越大，传动杆（221）的转速就会降低，控制系统（5）提高转动电机（211）的功率，将转速保持在一定范围内，提高加工质量。

2.根据权利要求1所述的一种带切削力反馈的去毛刺机器人，其特征在于：所述护罩（23）还包括连接杆（231）、弹簧（233）、橡胶垫（234），所述连接杆（231）与机械臂（1）紧固连接，所述外壳（232）与连接杆（231）滑动连接，所述弹簧（233）套设在连接杆（231）上，所述打磨头（222）穿过外壳（232）伸入加工室（2321）内，所述橡胶垫（234）与外壳（232）紧固连接，所述橡胶垫（234）位于外壳（232）的底端。

3.根据权利要求2所述的一种带切削力反馈的去毛刺机器人，其特征在于：所述视觉系统（4）包括支架（41）、CCD相机（42），所述支架（41）与外壳（232）紧固连接，所述CCD相机（42）与支架（41）紧固连接，所述CCD相机（42）朝向工件，所述CCD相机（42）与控制系统（5）电连接。