一种卫浴金属件精密抛磨机器人系统的制作方法

本发明涉及一种用于打磨的机器人系统，具体涉及一种卫浴金属件精密抛磨机器人系统。

背景技术：

随着人们生活水平的逐渐提高，人们对水龙头类卫浴金属件的外观表面质量要求越来越高，使得抛磨难度越来越大。然而，目前我国抛磨抛光加工主要以人工为主，人工抛磨效率低，抛磨精度差，而且产品均一性差，工人工作环境恶劣，难以实现自动化生产，已经成为打磨抛光行业进一步发展的瓶颈。因此，研究机器人自动抛磨系统具有重要应用意义，特别是研究如何通过力控制技术来实现精密抛磨。

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)公布了一种用机器人持砂轮在固定工件上进行磨削的基于传感器反馈的机器人磨削系统，包括检测砂轮与工件之间的磨削力、工件轮廓的三维测量数据、以及砂轮的磨损程度，通过控制算法控制砂轮的进给速度和转动速度，实现对工件表面的自动化磨削。公开号为CN105643399A的中国发明专利(基于柔顺控制的机器人复杂曲面自动研抛系统及加工方法)也公布了一种机器人按照加工轨迹规划程序文件驱动机器人运动，带动安装在机器人末端执行器的研抛刀具与加工表面接触的加工方法。上述两个专利适合抛磨表面较大且平缓的工件，对于尺寸较小且表面曲率较大的卫浴金属件来说并不适合。

公开号为CN103692317A的中国发明专利(带力反馈的砂带机)提供了一种带力反馈的砂带机用于打磨五金件，所述力反馈组件通过检测砂带机安装面板滑移量，来将砂带所受到的张紧力反馈到控制中心。公开号为CN103786082A的中国发明专利(恒力磨削抛光工具系统)公布了一种具有换轮装置的恒力磨削抛光工具系统，通过S型传感器对工具头法向力进行测量并与设定值进行比较，最终以数值反馈给计算机，经过控制低摩擦副气缸进行力补偿。上述两个专利通过砂带机进行力补偿的方法由气缸进行驱动，因此具有一定的延迟性，灵活性差，精度低。

技术实现要素：

本发明为解决卫浴金属件人工抛磨过程存在效率低，抛磨精度差，产品均一性差，工人工作环境恶劣，难以实现自动化生产的问题，且现有的机器人持工件在砂带机上抛磨技术中，一般是在砂带机上进行力补偿，存在延迟性，且精度差的问题，而提出一种卫浴金属件精密抛磨机器人系统。

本发明的一种卫浴金属件精密抛磨机器人系统，所述系统包括砂带机和机器人持件装置，砂带机包括上滑块、主动带轮、被动带轮、主支撑板、张紧力调整装置、上导轨、下滑块、下导轨、砂带机电动机、砂带机支架、上支板、下支板、砂带和位置调整装置，砂带机电动机、上滑块、下滑块和张紧力调整装置均安装在主支撑板上，上滑块与上导轨滑动连接，下滑块与下导轨滑动连接，上导轨与下导轨上下平行设置，上导轨和下导轨均安装在砂带机支架上，被动带轮与主动带轮上下平行设置，且被动带轮安装在上支板上，主动带轮安装在下支板上，上支板和下支板均与主支撑板连接，砂带缠绕在砂带机电动机的主动轴、主动带轮、被动带轮和张紧力调整装置上，位置调整装置的一端固装在主支撑板上，位置调整装置的另一端固装在砂带机支架上，机器人持件装置包括机器人基座、机器人控制柜、工业机器人、六维力传感器组件和夹具，机器人控制柜和工业机器人均安装在机器人基座上，六维力传感器组件安装在工业机器人的头部，夹具安装在六维力传感器组件上，机器人持件装置设置在砂带机的被动带轮和主动带轮的前面。

进一步的，所述砂带机电动机、主动带轮、被动带轮和张紧力调整装置呈矩形布置。

进一步的，所述下滑块包括下滑块、固定块、固定杆和气缸，固定块与下滑块连接，固定块固装在主支撑板上，固定杆的一端与固定块固接，固定杆的另一端与气缸的活塞杆连接，气缸的缸体安装在砂带机支架上。

进一步的，所述六维力传感器组件包括法兰连接板、法兰盘和六维力传感器，法兰盘与六维力传感器通过连接元件连接，法兰盘与法兰连接板通过连接元件连接。

进一步的，所述夹具包括连接管、螺栓和外螺纹连接头，连接管的下端内壁设有通孔，连接管的下端端面设有凹槽，外螺纹连接头设置在的凹槽中，螺栓穿过与通孔后与外螺纹连接头的内孔螺纹连接，外螺纹连接头的外径表面设有外螺纹。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

一、本发明使用六自由度串联工业机器人持工件在砂带机上进行打磨，且机器人采用末端安装六维力传感器来采集力信号，通过力位混合控制算法来实现机器人的主动力控制，从而保证精密抛磨，即获得更好的抛磨表面粗糙度和光洁度。

二、本发明的砂带机具有抛光和磨削作用。

三、本发明是针对卫浴洁具金属件类小件产品抛磨的一种机器人砂带抛磨系统。

附图说明

图1是本发明的整体结构立体图；

图2是本发明的整体结构主视图；

图3是砂带机A的俯视图；

图4是六维力传感器组件4和夹具5的剖视图；

图5是工业机器人3的主动力控制原理图(图中标记23-计算机、21-直流电源、22-放大器)；

图6是工业机器人3的主动力控制抛磨流程图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1～图3说明本实施方式，本实施方式包括砂带机A和机器人持件装置B，砂带机A包括上滑块6、主动带轮7、被动带轮8、主支撑板9、张紧力调整装置10、上导轨11、下滑块12、下导轨13、砂带机电动机14、砂带机支架15、上支板16、下支板17、砂带18和位置调整装置20，砂带机电动机14、上滑块6、下滑块12和张紧力调整装置10均安装在主支撑板9上，上滑块6与上导轨11滑动连接，下滑块12与下导轨13滑动连接，上导轨11与下导轨13上下平行设置，上导轨11和下导轨13均安装在砂带机支架15上，被动带轮8与主动带轮7上下平行设置，且被动带轮8安装在上支板16上，主动带轮7安装在下支板17上，上支板16和下支板17均与主支撑板9连接，砂带18缠绕在砂带机电动机14的主动轴、主动带轮7、被动带轮8和张紧力调整装置10上，位置调整装置20的一端固装在主支撑板9上，位置调整装置20的另一端固装在砂带机支架15上，机器人持件装置B包括机器人基座1、机器人控制柜2、工业机器人3、六维力传感器组件4和夹具5，机器人控制柜2和工业机器人3均安装在机器人基座1上，六维力传感器组件4安装在工业机器人3的头部，夹具5安装在六维力传感器组件4上，机器人持件装置B设置在砂带机A的被动带轮8和主动带轮7的前面。

工业机器人3和张紧力调整装置10均为现有技术。砂带机支架15通过地脚螺钉连接在地面上。主支撑板9由下滑块12驱动并沿导轨滑动，使得主支撑板9能够稳定的被动力控制。砂带18在张紧力调整装置10的气缸收回时松弛地安装上去，并在张紧力调整装置10的气缸伸出时保持张紧状态。砂带机电动机14驱动主动带轮7转动，并驱使砂带18在各个带轮之间高速缠绕运动。当机器人带着卫浴金属件19靠近砂带18表面时，就发生切削抛磨运动，从而去除表面材料，获得较好的表面粗糙度和光洁度。

具体实施方式二：结合图1和与2说明本实施方式，本实施方式为砂带机电动机14、主动带轮7、被动带轮8和张紧力调整装置10呈矩形布置。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式为位置调整装置20包括固定块20-1、固定杆20-2和气缸20-3，固定杆20-2的一端与固定块20-1固接，固定杆20-2的另一端与气缸20-3的活塞杆连接，气缸20-3的缸体安装在砂带机支架15上，固定块12-2固装在主支撑板9上。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图4说明本实施方式，本实施方式为六维力传感器组件4包括法兰连接板4-1、法兰盘4-2和六维力传感器4-3，法兰盘4-2与六维力传感器4-3通过连接元件连接，法兰盘4-2与法兰连接板4-1通过连接元件连接。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：结合图4说明本实施方式，本实施方式为夹具5包括连接管5-1、螺栓5-2和外螺纹连接头5-3，连接管5-1的下端内壁设有通孔5-1-1，连接管5-1的下端端面设有凹槽5-1-2，外螺纹连接头5-3设置在的凹槽5-1-2中，螺栓5-2穿过与通孔5-1-1后与外螺纹连接头5-3的内孔螺纹连接，外螺纹连接头5-3的外径表面设有外螺纹5-3-1。外螺纹5-3-1用于与卫浴金属件19连接。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二或四相同。

本发明的工作原理：

该机器人自动抛磨系统可分为两个子控制系统，即被动力控制系统和主动力控制系统。被动力控制系统主要是由砂带机18及其控制柜组成，并通过位置调整装置12的作用，利用位置调整装置12上的气缸具有的缓冲作用来减少抛磨冲击并获得一定的被动力控制；而主动力控制系统则包括了六自由度串联工业机器人及其控制柜，六维力传感器及其控制器、夹具5和计算机23。

六自由度串联工业机器人与计算机23之间通过Modbus TCP/IP协议来进行实时通讯和控制。而六维力传感器与计算机之间通过UDP/IP协议进行高达7000HZ的实时通讯，保证了力信号反馈和采集的实时性。其通讯结构如图5所示。

工业机器人的核心算法主要体现工业机器人的运动控制和力控制：

工业机器人的运动控制算法是在工业机器人的脚本编程语言URScript上实现的。当工业机器人与上位机之间通过Modbus TCP/IP协议建立通讯以后，就可以给定运动模式、目标位置、目标速度和目标加速度，然后实现机器人的运动控制。

而工业机器人的力控制算法，则时依靠转换六维力传感器反馈回来的力信号来控制工业机器人的运动来实现。通过在计算机上编写工业机器人的上位机程序，然后给定工业机器人的打磨轨迹和期望打磨力之后，在工业机器人打磨的过程中实时采集六维力传感器的力信号，并通过力位混合控制算法将力的偏差转换成机器人的运动速度控制，从而进行机器人抛磨的力闭环控制,进而获得更好的抛磨表面粗糙度和光洁度，实现精密抛磨。

具体实施步骤如图6所示：

步骤一、准备抛磨阶段：程序开始运行时，针对相应的卫浴金属件19模型，输入机器人抛磨轨迹{X_i0}和期望法向抛磨力{F_ni0}；启动砂带机运动，同时实时采集六维力传感器的力信号。

步骤二、开始抛磨阶段：工业机器人3开始靠近砂带18，前探到抛磨当前位置X_i进行抛磨；当工业机器人3法向抛磨力F_ni首次大于期望法向抛磨力F_ni0的时候，开始抛磨计时T_i然后进入力控制算法；

步骤三、恒力抛磨阶段：工业机器人3通过力位混合控制算法将力的偏差转换成机器人的法向运动速度V_ni的控制，同时继续检测抛磨力，并实时同步调整；

步骤四、继续抛磨阶段：抛磨计时T_i达到设置的抛磨定时T_i0时，抛磨当前位置X_i结束,并转动到抛磨下一个位置X_i+1继续抛磨。如此进行，直到完成整个卫浴金属件19表面的抛磨；

步骤五、结束抛磨阶段：检测卫浴金属件19抛磨表面粗糙度，若是达到抛磨精度要求，则卫浴金属件19抛磨则结束，否则调整抛磨定时T_ij0，继续步骤二～步骤四重新抛磨，直到满足抛磨精度要求。