一种自适应机器人螺旋铣孔孔径误差的补偿装置及方法

文档序号:26055022发布日期:2021-07-27 15:32阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种自适应机器人螺旋铣孔孔径误差的补偿装置,其特征在于:包括柱型楔块(1)、微距激光测距传感器(2)、环形测力传感器(3)、第一无线通信模块(4)、第二无线传输模块(5)以及控制器(6);

柱型楔块(1)用于固定安装在铣孔执行器(10)的偏心主轴(102)的后端面中心处,在偏心主轴(102)的前端偏心位置处通过夹持锁定机构安装有制孔刀具(101);环形测力传感器(3)用于安装在铣孔执行器(10)的偏心主轴(102)前端部与公转壳体(103)之间,用于检测偏心主轴(102)前端的径向受力;微距激光测距传感器(2)指向柱型楔块(1)的被测端面,且微距激光测距传感器(2)的指向与偏心主轴(102)的中心轴线相平行;柱型楔块(1)的被测端面设置为斜坡面;微距激光测距传感器(2)与第一无线通信模块(4)电连接,环形测力传感器(3)与第二无线传输模块(5)电连接;第一无线通信模块(4)以及第二无线传输模块(5)均与控制器模块(6)的无线通信单元无线通信连接;控制器模块(6)的输出端用于与铣孔执行器(10)的偏心驱动电机(106)电连接,由偏心驱动电机(106)驱动偏心主轴(102)旋转,从而补偿制孔刀具(101)在制孔工作中的切削部实际偏心量esq。

2.根据权利要求1所述的自适应机器人螺旋铣孔孔径误差的补偿装置,其特征在于:在偏心主轴(102)的后端面上固定安装有一块轴端板(104);在轴端板(104)的中心处垂直设置有制动轴(109),且制动轴(109)与偏心主轴(102)同轴心线;在柱型楔块(1)的中心处设置有中心孔,柱型楔块(1)固定安装在轴端板(104)上,制动轴(109)贯穿中心孔;偏心主轴(102)旋转式安装在公转壳体(103)的偏心位置处,并在公转壳体(103)的后端安装有后端盖(108);微距激光测距传感器(2)安装在后端盖(208)内,第一无线通信模块(4)安装在后端盖(108)外;在后端盖(108)上固定安装有与控制器模块(6)电连接的电磁制动器(107);制动轴(109)的后端部伸入电磁制动器(107)内,由电磁制动器(107)对制动轴(109)进行制动控制。

3.根据权利要求2所述的自适应机器人螺旋铣孔孔径误差的补偿装置,其特征在于:偏心驱动电机(106)固定安装在后端盖(108)上,且偏心驱动电机(106)通过传动机构(105)驱动制动轴(109)旋转。

4.根据权利要求1所述的自适应机器人螺旋铣孔孔径误差的补偿装置,其特征在于:夹持锁定机构包括刀杆对接轴(114)、制孔驱动电机(111)、四根锁定螺柱(118)、同步环(121)以及两根锁定柱(126);在偏心主轴(102)的前端偏心位置处设置有旋转安装轴孔(113),刀杆对接轴(114)的后端通过两个安装轴承(110)旋转式安装在旋转安装轴孔(113)内;制孔驱动电机(111)安装在旋转安装轴孔(113)内,且制孔驱动电机(111)的输出轴端部与刀杆对接轴(114)的后端相对接安装;在刀杆对接轴(114)的前端面中心处设置有刀具插孔(117),制孔刀具(101)的后端插装在刀具插孔(117)中;在制孔刀具(101)的插入端端面上设置有矩形凹槽(136),在刀具插孔(117)的孔底部设置有矩形凸块(138),且矩形凸块(138)嵌入矩形凹槽(136)内;在刀杆对接轴(114)的前端圆周面上设置有四个与刀具插孔(117)垂直连通的锁紧螺纹孔(112),且四个锁紧螺纹孔(112)位于同一圆周的四等分点处;四根锁定螺柱(118)分别螺纹旋合安装在四个锁紧螺纹孔(112)上,并在四根锁定螺柱(118)的外端部上均设置有调节齿轮(119);同步环(121)旋转式套设在刀杆对接轴(114)的前端圆周面上,并在同步环(121)的内侧环面上设置有限位环槽(124),在刀杆对接轴(114)的前端圆周面上设置有嵌入限位环槽(124)内的限位凸圈(125);在同步环(121)的一侧环形边缘上间隔设置有各个同步齿牙(122),四个调节齿轮(119)与对应位置处的同步齿牙(122)相啮合;两根锁定柱(126)均旋转式安装在刀杆对接轴(114)的前端圆周面上,且两根锁定柱(126)位于同一圆周的二等分点处;在同步环(121)的另一侧环形边缘上间隔设置有各个驱动齿牙(123),在两个锁定柱(126)上均设置有与对应位置处的驱动齿牙(123)相啮合的驱动齿轮(128);两根锁定柱(126)的端部设置为便于旋转调节的夹持端头(127);在四根锁定螺柱(118)的内端部上均设置为锥形端头(120),在制孔刀具(101)的后端圆周上设置有锥形收缩段(139),锥形端头(120)按压在锥形收缩段(139)上,用于挤压推动制孔刀具(101)限位在刀具插孔(117)内。

5.根据权利要求4所述的自适应机器人螺旋铣孔孔径误差的补偿装置,其特征在于:在刀杆对接轴(114)的前端圆周面上固定设置有环形罩壳(115);四个调节齿轮(119)、同步环(121)以及两个驱动齿牙(122)均位于环形罩壳(115)内;夹持端头(127)位于环形罩壳(115)外。

6.根据权利要求4所述的自适应机器人螺旋铣孔孔径误差的补偿装置,其特征在于:在刀杆对接轴(114)的前端圆周面上且靠近两根锁定柱(126)处均固定设置有一个锁定座(129);在锁定座(129)上设置有锁定销孔(130),在锁定销孔(130)上均插装有一根锁定销杆(131);在锁定销孔(130)的孔壁上设置有条形限位槽,在锁定销杆(131)的杆壁上设置有滑动式嵌入条形限位槽内的条形限位块(132);在锁定销孔(130)内设置有弹性支撑在锁定销杆(131)插入端上的回弹压簧(133);在锁定销杆(131)的外端部上设置有条形锁定板(134),并在条形锁定板(134)上设置有用于卡扣夹持端头(127)的矩形槽口(135)。

7.一种根据权利要求2所述的自适应机器人螺旋铣孔孔径误差的补偿装置的补偿方法,其特征在于,包括如下步骤:

步骤1,在制孔前,根据待制孔的孔径dh和制孔刀具(101)的直径dt,计算出制孔刀具(101)的理论偏心量el,即el=(dh-dt)/2;此时制孔刀具(101)的夹持部实际偏心量esj1与切削部实际偏心量esq1相等,再根据待制孔加工精度要求,确定刀具偏心量的调节误差δ;

步骤2,根据制孔刀具(101)所需的理论偏心量el,计算出偏心主轴(102)相对公转壳体(103)需要旋转的理论调节角度δθ,即δθ=2arcsin(e1/2e0),e0为公转壳体(103)中心轴线与偏心主轴(102)中心轴线之间的距离,再结合传动机构(105)的传动参数,计算出偏心驱动电机(106)所需的调节转角δθ’;

步骤3,根据偏心驱动电机(106)所需的调节转角δθ’,驱动偏心主轴(102)相对公转壳体(103)产生旋转,由微距激光测距传感器(2)实时测量柱型楔块(1)被测端面的距离d,再实时计算出调节过程中制孔刀具(101)的夹持部实际偏心量esj1,即:

式中,θ为偏心主轴(102)相对公转壳体(103)旋转的实际转动角度,θ的计算公式为:

式中,dmin为柱型楔块(1)旋转一周中微距激光测距传感器(2)测量的最小值,dmax为柱型楔块(1)旋转一周中微距激光测距传感器(2)测量的最大值;

步骤4,根据制孔刀具(101)夹持部实际偏心量esj1、调节误差δ以及制孔刀具(101)的理论偏心量el,判断制孔前是否对制孔刀具夹持部偏心量esj1进行调节误差补偿,并在判断需要补偿时返回步骤3;

步骤5,在制孔时,根据制孔刀具(101)的结构参数以及环形测力传感器(3)的采集数据,计算因制孔刀具(101)受切削力变形而带来的切削部偏心量调节误差,并根据切削部偏心量调节误差对制孔刀具夹持部偏心量esj2进行在线变形误差补偿。

8.根据权利要求7所述的自适应机器人螺旋铣孔孔径误差的补偿装置的补偿方法,其特征在于,步骤4中,在判断制孔前是否对制孔刀具夹持部偏心量esj1进行调节误差补偿时,若|esj1-el|≤δ,则刀具夹持部偏心量esj1无需进行调节误差的补偿,进入制孔环节;若|esj1-el|>δ,则刀具夹持部偏心量esj1需进行调节误差补偿,计算出刀具夹持部偏心量esj1进行调节误差补偿时偏心驱动电机(106)所需的调节角度δθ’,再返回步骤3。

9.根据权利要求7或8所述的自适应机器人螺旋铣孔孔径误差的补偿装置的补偿方法,其特征在于,步骤5中,根据切削部偏心量调节误差对制孔刀具(101)刀具夹持部偏心量esj2进行变形误差补偿的具体步骤为:

步骤5.1,计算出制孔刀具(101)的切削部所能承受的最大理论径向力frmax=δ*3*e*i/(l3),其中,l为制孔刀具(101)的未夹持段长度,e为制孔刀具(101)材料弹性模量,i为垂直于制孔刀具(101)中心轴线截面的惯性矩,i=(πd4)/32,d为制孔刀具(101)的直径;

步骤5.2,启动铣孔执行器(10)开始制孔,环形测力传感器(3)采集当前制孔刀具(101)所承受的径向力fri,若fri≤frmax,则进入步骤5.3,否则铣孔执行器(10)停止,更换制孔刀具(101)或调整制孔刀具(101)的铣削参数;

步骤5.3,计算出当前采样时刀具切削部变形量δi=fri*l3/(3*e*i),再结合当前采样时制孔刀具(101)夹持部的实际偏心量esj2i,计算出制孔刀具(101)切削部的实际偏心量esq2i,即:esq2i=esj2i-δi;

步骤5.4,若|esq2i-el|≤δ,则制孔刀具(101)夹持部的实际偏心量esj2i在下一次采样中保持不变,即esj2(i+1)=esj2i,继续进行孔的加工;若|esq2i-el|>δ,则制孔刀具(101)夹持部的实际偏心量esj2i在下一次采样中需要进行补偿,将esj2(i+1)补偿至esq2i+δi,计算出刀具夹持部偏心量进行变形误差补偿时偏心驱动电机(106)需要调节角度δθ’,对制孔刀具(101)夹持部的实际偏心量esj2(i+1)进行变形误差补偿,并在esj2(i+1)满足|esj2(i+1)-δi-el|≤δ时,停止制孔刀具(101)夹持部实际偏心量esj2(i+1)的调节误差补偿。


技术总结
本发明公开了一种自适应机器人螺旋铣孔孔径误差的补偿装置及方法,其中补偿装置包括柱型楔块、微距激光测距传感器、环形测力传感器、第一无线通信模块、第二无线传输模块以及控制器;柱型楔块用于固定安装在铣孔执行器的偏心主轴的后端面中心处;环形测力传感器用于检测偏心主轴前端的径向受力;微距激光测距传感器指向柱型楔块的被测端面。该自适应机器人螺旋铣孔孔径误差的补偿装置及方法利用环形测力传感器能够实时监测检测偏心主轴前端的径向受力情况,从而判断出制孔刀具的受力情况;利用微距激光测距传感器与柱型楔块的配合结构简单,且能够安装在铣孔执行器的后端,不会影响机器人螺旋铣孔的加工操作。

技术研发人员:单以才;张磊;李冲;阎舜;刘强
受保护的技术使用者:南京晓庄学院
技术研发日:2021.03.25
技术公布日:2021.07.27
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