一种针对复杂曲面的机器人自动磨抛加工装备与加工方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115008314A(43)申请公布日2022.09.06(21)申请号202210734922.XB24B47/20(2006.01)(22)申请日2022.06.27B24B47/22(2006.01)B24B51/00(2006.01)(71)申请人中国科学院沈阳自动化研究所地址110016辽宁省沈阳市沈河区南塔街114号(72)发明人赵吉宾李佳璇韩晓李论周波(74)专利代理机构沈阳科苑专利商标代理有限公司21002专利代理师于晓波(51)Int.Cl.B24B21/16(2006.01)B24B21/18(2006.01)B24B41/04(2006.01)B24B41/06(2012.01)权利要求书2页说明书8页附图5页(54)发明名称一种针对复杂曲面的机器人自动磨抛加工装备与加工方法(57)摘要本发明公开了一种针对复杂曲面的机器人自动磨抛加工装备与加工方法，属于工业机器人自动磨抛加工应用技术领域。该装备主体包括机器人及其控制系统，加工及测量工具模块，砂带自动更换模块及待加工工件。加工方法主要包括：工件表面特征识别和曲面离散化；目标曲面提取和表面几何信息计算；复杂曲面到二维平面的均匀高保真参数化；自适应复杂曲面几何特征的多方向性轨迹规划，并能够自动转换为机器人可识别加工程序文件；基于曲面几何特征和目标去除量的变力变速运动规划。本发明可以实现复杂曲面的高精度自动化磨抛加工，自动化程度高，适应性好，通用性强，加工去除分布的均匀和准确，且能够适用于各类曲面加工场景，并获得良好的复杂曲面加工效果。CN115008314ACN115008314A权利要求书1/2页1.一种针对复杂曲面的机器人自动磨抛加工装备，其特征在于：该加工装备包括加工机器人(1)、加工工具模块(2)、待加工曲面(3)、变位机(4)、工作台(5)、测量工具模块(6)、测量机器人(7)和砂带自动更换模块(8)；其中：待加工曲面(3)安装在变位机(4)上，将变位机(4)安装在工作台(5)上，加工机器人(1)与测量机器人(7)并列安装于工作台(5)一侧，砂带自动更换模块(8)安装在加工机器人(1)斜后方，加工工具模块(2)安装于加工机器人(1)末端执行器上；所述加工工具模块(2)包括磨抛加工部分和机器人端工具快换结构；磨抛加工部分包括砂带(21)、气动砂带机(22)、夹具(23)、砂带机支撑台(24)和工具端快换法兰(25)，砂带(21)安装于气动砂带机(22)上，气动砂带机(22)通过夹具(23)与砂带机支撑台(24)连接，砂带机支撑台(24)、工具端快换法兰(25)通过螺栓进行连接；机器人端工具快换结构包括顺序连接的机器人端快换法兰(26)、力传感器(27)和机器人末端执行器连接法兰(28)，机器人末端执行器连接法兰(28)与机器人末端执行器连接；通过机器人端快换法兰(26)与工具端快换法兰(25)，实现机器人自动更换磨抛工具；所述力传感器(27)用于实时测量磨抛过程中力的大小，作为反馈输入控制系统，实现闭环控制；测量工具模块包括雷尼绍测头，雷尼绍测头安装于测量机器人(7)末端执行器上，通过测量机器人(7)机械臂的移动，测量加工件的信息；所述砂带自动更换模块包括砂带拆卸部分和砂带自动安装部分；其中：砂带拆卸部分包括第一L形砂带机限位板(81)与废弃砂带收集槽(82)；砂带自动安装部分包括备用砂带(84)、同步齿形带(85)、第二L形砂带机限位板(86)、螺杆(87)、固定板(88)和驱动电机(89)。2.根据权利要求1所述的针对复杂曲面的机器人自动磨抛加工装备，其特征在于：该加工装备还包括上位系统与机器人、测头、砂带更换电机之间的三线程异步通信系统；上位系统通过工业互联网与三大执行器件进行双向通信，下发工作指令，接受执行期间回传的传感数据、执行状态和位置信息并基于反馈信息做出下一步决策。3.根据权利要求1所述的针对复杂曲面的机器人自动磨抛加工装备，其特征在于：所述加工工具模块(2)中，通过工具端快换法兰(25)、机器人端快换法兰(26)实现磨抛工具的快速更换；磨抛工具与夹具(23)之间通过螺栓连接形成固定结构，并且磨抛工具与加工机器人(1)末端法兰盘端面Z轴成一钝角，便于伸入不规则的狭小空间结构中进行磨抛加工，以及避免机器人在工作中各关节轴处于奇异点；加工工具模块包含力传感器(27)，能够实现加工过程的磨削力检测，为力控系统提供反馈，实现闭环控制，减少力控误差。4.根据权利要求1所述的针对复杂曲面的机器人自动磨抛加工装备，其特征在于：所述砂带自动更换模块(8)由砂带拆卸部分和砂带自动安装部分组成；加工工具模块(2)由加工机器人(1)带动，运行至砂带拆卸装置位置，气动砂带机(22)支撑臂上表面与第