基于六自由度機器人的復雜曲面拋光裝置的制作方法

本實用新型涉及一種曲面拋光裝置，具體涉及一種基于六自由度機器人的復雜曲面拋光裝置。

背景技術：

目前，對復雜曲面的研磨、拋光精密加工，基本上都是采用人工打磨，人工打磨工作效率低下，成本很高，打磨會產生大量固體粉塵，工人的工作壞境惡劣，嚴重損害了工人身體健康，人工打磨對人工技術經驗水平要求高，憑借肉眼觀察對零件表面局部進行反復拋光，零件表面質量無法得到精確控制，必然導致工件合格率不高，生產效率低下，綜上所述，人工打磨已經無法滿足當今要求。

目前，美國和日本已研制出自動化拋光設備，如，基于一臺三自由度加工中心和一臺兩自由度工業機器人搭建出適用于自由曲面拋光的五自由度拋光設備，并設計出相應的拋光控制系統，拋光控制系統主要由幾何建模、CAD數據交換、拋光數據自動生成和軌跡跟蹤仿真四個模塊組成，拋光控制系統能將輸入的模型自動生成刀位點數據、將刀位點數據轉化為機器人目標位姿、完成機器人運動學反解后翻譯成機器人拋光運動控制命令，還可以制定恒力拋光控制策略（結合傳感器可以實現力/位混合控制），并通過試驗仿真驗證該系統的可行性。但是上述自動化拋光設備需要工件和機器人操作端協同動作才能完成多自由度的加工，但是如果工件不動，機器人操作端自由度過多的話，機器人操作端往往存在剛度小，承載能力低的問題。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提供一種基于六自由度機器人的復雜曲面拋光裝置，該裝置采用六自由度機器人可以帶動末端操作器完成操作空間內任意復雜的動作，末端操作器采用電主軸為刀具提供動力，不僅轉速高而且結構簡單、尺寸小，改善了六自由度機器人剛度低、承載能力低的問題。

本實用新型所采用的技術方案是：

一種基于六自由度機器人的復雜曲面拋光裝置，包括六自由度機器人、末端操作器和拋光控制系統，末端操作器包括依次連接的主側接口板、三維壓力傳感器、工具側轉接板、工具側接口板、電主軸和刀具，其中，工具側轉接板安裝在三維壓力傳感器的工作面上，主側接口板安裝在六自由度機器人傳動末端，六自由度機器人和三維壓力傳感器分別與拋光控制系統連接。

進一步地，主側接口板與六自由度機器人傳動末端的法蘭盤通過螺釘和定位銷連接固定。

進一步地，電主軸前端設有機械式卡頭，刀具被夾在機械式卡頭上。

進一步地，主側接口板、工具側轉接板和工具側接口板材料均為鋁合金。

本實用新型的有益效果是：

1.采用六自由度機器人可以帶動末端操作器完成操作空間內任意復雜的動作，在拋光后控制系統的控制下按照預先規劃好的軌跡運動，同時電主軸前端的刀具作高速旋轉運動對工件進行微量加工，完全替代了人工拋光，有效提高拋光表面質量和拋光效率；安裝三維壓力傳感器可以將測得的壓力信號實時傳送給拋光控制系實現恒力拋光作業，進一步提高了拋光質量；末端操作器采用電主軸為刀具提供動力，不僅轉速高（旋轉速度可達40000r/min），而且結構簡單、尺寸小，改善了六自由度機器人剛度低、承載能力低的問題。

2.通過定位銷定位、螺釘固定，定位精準、連接牢固。

3.機械式卡頭與氣動和液動卡頭相比體積小、重量輕，減小了末端操作器的負擔。

4.采用鋁合金減輕了末端操作器的重量，解決了六自由度機器人剛度差、承載能力差的問題。

附圖說明

圖1本實用新型實施例的三維示意圖。

圖2本實用新型實施例中末端操作器的三維示意圖。

圖中：1-六自由度機器人；2-末端操作器；3-主側接口板；4-三維壓力傳感器；5-工具側轉接板；6-工具側接口板；7-電主軸；8-機械式卡頭；9-刀具。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明。

如圖1和圖2所示，一種基于六自由度機器人的復雜曲面拋光裝置，包括六自由度機器人1、末端操作器2和拋光控制系統，末端操作器2包括依次連接的主側接口板3、三維壓力傳感器4、工具側轉接板5、工具側接口板6、電主軸7和刀具9（在本實施例中，刀具9為磨刀），其中，工具側轉接板5安裝在三維壓力傳感器4的工作面上，主側接口板3安裝在六自由度機器人1傳動末端，六自由度機器人1和三維壓力傳感器4分別與拋光控制系統連接。

采用六自由度機器人1可以帶動末端操作器2完成操作空間內任意復雜的動作，在拋光后控制系統的控制下按照預先規劃好的軌跡運動，同時電主軸7前端的刀具9作高速旋轉運動對工件進行微量加工，完全替代了人工拋光，有效提高拋光表面質量和拋光效率；安裝三維壓力傳感器4可以將測得的壓力信號實時傳送給拋光控制系實現恒力拋光作業，進一步提高了拋光質量；末端操作器2采用電主軸7為刀具提供動力，不僅轉速高（旋轉速度可達40000r/min），而且結構簡單、尺寸小，改善了六自由度機器人6剛度低、承載能力低的問題。

在本實施例中，主側接口板3與六自由度機器人1傳動末端的法蘭盤通過螺釘和定位銷連接固定。通過定位銷定位、螺釘固定，定位精準、連接牢固。

如圖2所示，在本實施例中，電主軸7前端設有機械式卡頭8，刀具9被夾在機械式卡頭8上。機械式卡頭8與氣動和液動卡頭相比體積小、重量輕，減小了末端操作器2的負擔。

在本實施例中，主側接口板3、工具側轉接板5和工具側接口板6材料均為鋁合金。采用鋁合金減輕了末端操作器2的重量，解決了六自由度機器人1剛度差、承載能力差的問題。

本實用新型的具體工作流程是：

1）將末端操作器2與六自由度機器人1直接相連，通過變頻器調節電主軸7轉速，使得電主軸7獲得較高轉速。

2）將工件模型導入到拋光控制系統的拋光數據自動離線生成軟件（基于VC++6.0對UG進行二次開發）中，該軟件可以將導入的工件模型的表面自動離散化、生成滿足多軸刀位點分布精度的多軸刀位點數據，并完成拋光運動軌跡規劃；該軟件能充分考慮曲面曲率和局部曲面片大小因子對多軸刀位點采樣策略的影響，避免了由于多軸刀位點分布不合理而引起的拋光質量不理想、甚至發生運動干涉的弊端。

3）拋光控制系統的拋光控制軟件（基于MFC開發）將多軸刀位點數據轉化為機器人目標位姿，并完成機器人運動學反解后翻譯成機器人拋光運動控制命令，發送至拋光控制系統的機器人運動控制器來六自由度機器人1搭載末端操作器2，同時電主軸7高速旋轉按預定拋光軌跡完成自動拋光；

4）末端操作器2中的三維壓力傳感器4測得的壓力信號實時傳送給拋光控制系統的拋光控制軟件作為恒力拋光控制策略的輸入信號來干預六自由度機器人1拋光運動，以完成當前刀位點的恒力拋光作業。

5）步驟4完成后退回至當前刀位點處，重復完成步驟4和5,直至拋光曲面上所有刀位點。

應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬于本實用新型所附權利要求的保護范圍。