[发明专利]一种自由曲面的工业机器人自动磨抛系统及方法

说明书

本发明涉及一种自由曲面的工业机器人自动磨抛系统及方法，其特征在于：包括上位机、工业机器人、机器人控制器、力传感器、信号采集器、磨抛装置和工作台；所述上位机与所述信号采集器、所述机器人控制器相连，所述机器人控制器与所述工业机器人、所述磨抛装置相连，所述信号采集器与所述力传感器相连；所述工业机器人与所述磨抛装置相连，所述力传感器设置在所述磨抛装置与工业机器人的连接处，所述工作台用以固定工件。本发明既能够直接对自由曲面直接磨抛，不需要事先进行离线编程，还能够实现曲面磨抛时接触压力恒定且可调，控制简单，易于操作。

技术领域

本发明涉及自由曲面自动磨抛加工领域，特别是一种自由曲面的工业机器人自动磨抛系统及方法。

背景技术

目前对自由曲面磨抛加工时，由于曲面的任意性，很难通过手动示教完成机器人的编程工作，普遍的做法是通过机器人的离线编程：在自由曲面上规划出磨抛路径，精确定位出工件坐标系原点在机器人坐标系中的位姿，将磨抛路径转换到机器人坐标系上，生成机器人的运动指令，导入机器人控制器实现机器人的磨抛作业。此种方式大大简化手动示教的过程。但离线编程过程中，由于机器人坐标系与工件坐标系不重合，需对两个坐标系间的关系进行测量，而实际运用过程中难免存在误差，使得离线编程的轨迹与实际的工件曲面不符，造成接触力不稳定，需要对磨抛轨迹进行修正。

公开号为CN103878666A的中国发明专利(一种自由曲面机器人打磨系统)专利提出了一种用机器人进行自由曲面的机器人打磨系统概念，通过离线编程生成机器人的磨抛轨迹，通过气动柔性气缸补偿离线编程规划的轨迹与工件实际位置的偏差。公开号为CN103056759A的中国发明专利(一种基于传感器反馈的机器人磨削系统)，通过双目摄像头检测工件轮廓，进行三维重构，并把轮廓数据传给控制系统进行误差校正，同时还有砂轮检测单元检测砂轮磨损，进行误差补偿。申请号为CN201510919085.8的中国发明专利(基于力控制的龙门吊装机器人打磨加工方法)专利根据离线路径对工件进行加工，同时由力传感器对打磨路径进行修正，保证打磨力的稳定。

但离线编程仍要经过多个步骤才能实现，尤其是工件坐标系相对机器人坐标系的相对关系随着使用时间的推移，需要定期校准。在大批量生产中，离线编程方法所需时间占总生产时间的比例很小，离线编程方法适用于大批量相同的零件磨抛，但对于小批量或单件的自由曲面磨抛，离线编程的弊端显现，难以实现机器人自动磨抛。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提出一种自由曲面的工业机器人自动磨抛系统及方法，既能够直接对自由曲面直接磨抛，不需要事先进行离线编程，还能够实现曲面磨抛时接触压力恒定且可调，控制简单，易于操作。

本发明采用以下方案实现：一种自由曲面的工业机器人自动磨抛系统，具体包括上位机、工业机器人、机器人控制器、力传感器、信号采集器、磨抛装置和工作台；所述上位机与所述信号采集器、所述机器人控制器相连，所述机器人控制器与所述工业机器人、所述磨抛装置相连，所述信号采集器与所述力传感器相连；所述工业机器人与所述磨抛装置相连，所述力传感器设置在所述磨抛装置与工业机器人的连接处，所述工作台用于固定工件。

进一步地，所述力传感器具有相对且平行的安装平面和工具平面，所述安装平面通过连接件固定在所述工业机器人的末端法兰上，工业机器人末端坐标系的Z轴与力传感器坐标系的Z轴共线且同向，工业机器人末端坐标系的X轴与力传感器坐标系的X轴平行且同向；所述工具平面通过安装连接件与所述磨抛装置固定。

进一步地，所述上位机包括机器人控制器通信模块、信号采集器通信模块、位姿坐标解算模块、重力补偿模块、摩擦力补偿模块、磨抛轨迹控制模块、磨抛边界识别模块和用户界面；

所述位姿坐标解算模块通过获取工业机器人当前的关节信息，正向求解工业机器人运动学获得工业机器人位姿信息；通过工业机器人的位姿信息逆向求解出工业机器人的关节信息；