机器人研磨系统、研磨装置及研磨控制方法与流程

本发明涉及研磨技术领域，特别涉及一种机器人研磨系统、研磨装置及研磨控制方法。

背景技术：

机器人研磨系统是一种利用机器人实现产品研磨的自动化生产系统。该系统可以快速且有效地去除被加工零件表面的多余材料，故机器人研磨系统现已广泛应用于各工业领域。

被加工零件表面的研磨质量是本领域内技术人员一直关注的焦点。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供一种研磨控制方法，研磨装置包括动力部件和压力产生装置，所述动力部件用于驱动对被加工件的表面进行研磨的磨具转动；所述压力产生装置包括驱动部件，所述驱动部件用于驱动所述磨具和被加工件其中一者相对另一者相对运动；根据所述动力部件或者所述驱动部件的工作参数，所述驱动部件动作。。

根据动力部件的负载电流或者驱动部件的工作参数，控制驱动部件上下运动，以使磨具与被加工件之间的压力大致维持在一定范围，可以得到质量比较高的研磨表面。尤其在研磨加工时控制动力部件的负载电流参数处于预设电流范围，可以得到质量比较高的研磨表面。

可选的，所述工作参数为所述动力部件的负载电流参数，具体控制方法为：

获取驱动所述动力部件的负载电流参数；

根据所述负载电流参控制所述驱动部件，以使所述动力部件的负载电流处于预设电流范围内。

可选的，根据当前状态的所述负载电流调节所述磨具与所述被加工件之间的压力，以使负载电流处于所述预设电流范围。

可选的，当所述负载电流大于所述预设电流范围的最大值时，减小施加于所述磨具上的压力，以使所述负载电流位于所述预设电流范围；或者/和，

当所述负载电流小于所述预设电流范围的最小值时，增大施加于所述磨具上的压力，以使所述负载电流位于所述预设电流范围。

可选的，调节所述压力的具体控制方法为：根据所述负载电流参数控制所述压力产生装置中驱动部件动作以带动所述磨具靠近或者远离所述被加工件，从而调节所述磨具与所述被加工件之间的压力。

可选的，调节所述压力的具体控制方法为：根据所述负载电流参数控制机器人的各节机械臂动作以带动所述压力产生装置及所述磨具二者整体靠近或者远离所述被加工件，从而调节二者之间的所述磨具与所述被加工件之间的压力。

可选的，在调节所述磨具与所述被加工件之间的压力的同时，还根据所述负载电流参数降低或者提高机械臂的横向移动速度，以使所述负载电流处于所述预设电流范围。

可选的，所述动力部件包括马达以及马达驱动器，所述压力产生装置的压力控制器自所述马达驱动器中直接获取所述负载电流参数。

可选的，所述动力部件具有电流检测器，所述电流检测器用于获取所述动力部件的电路中的所述负载电流参数。

可选的，所述压力产生装置中驱动部件的驱动源为气源或者液压源，所述工作参数为所述驱动部件的驱动压力，具体控制方法为：

获取压力产生装置中驱动部件的驱动压力；

以所述驱动压力处于预设工作压力范围内为条件，控制所述驱动部件动作。

可选的，所述工作参数为所述驱动部件施加于所述磨具上的压力，具体控制方法为：

获取所述驱动部件施加于所述磨具上的压力；

以所述压力处于预设压力范围内为条件，控制磨具处于预定转速范围内对被加工件的表面进行研磨。

可选的，所述驱动部件与所述磨具之间还设置有压力传感器，用于检测所述驱动部件施加于所述磨具上的压力。

可选的，所述驱动部件为伺服马达和螺母丝杠组件或者气缸。

本发明还提供了一种研磨装置，包括以下部件：

动力部件，用于驱动磨具转动；

压力产生装置，包括驱动部件，用于带动所述磨具靠近或者远离被加工件，从而调节所述磨具与所述被加工件之间的压力；

控制器，根据所述动力部件或者所述驱动部件的工作参数，控制所述驱动部件动作。

可选的，所述工作参数为所述动力部件的负载电流参数；所述动力部件包括马达以及马达驱动器，所述压力产生装置包括压力控制器，所述压力控制器自所述马达驱动器中直接获取所述负载电流参数。

可选的，所述工作参数为所述动力部件的负载电流参数；所述研磨装置还包括电流检测器，所述电流检测器用于自所述动力部件电路中获取所述负载电流参数。

可选的，所述压力产生装置的驱动源为气源或者液压源，所述工作参数为所述压力产生装置的驱动压力，所述压力产生装置还包括流量控制阀及压力检测部件。

可选的，所述压力产生装置的驱动部件与所述磨具之间安装有压力传感器，所述工作参数为所述压力传感器所检测的压力。

可选的，所述压力产生装置为气缸或者伺服马达和螺母丝杠组件。

本发明还提供了一种机器人研磨系统，包括机器人以及上述任一项所述的研磨装置，所述机器人，具有依次连接的多节机械臂；所述研磨装置中的驱动部件连接于所述最末一节机械臂的自由端部。

上述研磨控制方法是依赖机器人研磨系统及研磨装置为基础实施的，故本发明中的机器人研磨系统及研磨装置同样具有上述研磨控制方法的有益效果。

附图说明

图1为本发明一种具体实施例中机器人研磨系统的结构示意图；

图2为本发明第二种具体实施例中机器人研磨系统的结构示意图；

图3为本发明第三种具体实施例中机器人研磨系统的结构示意图；

图4为本发明一种具体实施例中研磨控制方法的流程示意图；

图5为本发明第二种具体实施例中研磨控制方法的流程示意图；

图6为本发明第三种具体实施例中研磨控制方法的流程示意图。

其中，图1至图3中：

马达驱动器10、伺服马达11、丝杠12、螺母13；

马达驱动器20、动力部件21、磨具22、传动部件23、安装架24、电流检测器25、电源26；

空压机30、气缸31、角度传感器32、压力检测部件33、流量控制阀34；

机械臂100、自由端部100a、机器人控制器110、压力控制器120、工作平台200、被加工件300；

操作界面60。

具体实施方式

机器人研磨系统利用安装于机器人自由端部的磨具对待研磨产品的表面进行加工研磨。在产品研磨过程中，影响研磨产品成型表面品质的因素很多，例如磨具类型、工件材质、压力等，其中压力是影响最终研磨成型表面质量的重要因素之一。

目前，压力主要通过以下方式进行确定：操作人员根据待研磨表面的研磨精度要求选择合适的压力数值，结合操作经验调节磨具于待研磨表面的合适距离位置，以使磨具在研磨工作时，施加于待研磨表面的压力大致满足工作要求。

实践证明现有技术中机器人研磨系统虽然能够快速完成产品表面研磨，但是研磨表面精度却不统一，有时相差较大，即部分研磨表面的精度满足要求，部分研磨表面的精度却不满足要求。有时需要对研磨后的表面再进行局部研磨，费工费时。

在上述研究发现的基础上，本发明进行了进一步的研究探索，提出了一种解决上述研磨表面精度差异较大的技术问题。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合研磨装置、研磨控制方法、机器人研磨系统、附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

机器人研磨系统包括机器人和研磨装置，机器人具有多节机械臂100，各节机械臂100依次连接，研磨装置可以安装于最末一节机械臂100的自由端部100a，被加工件300通过夹具固定于工作台200上，机器人的自由端部100a沿预定路线横向移动完成被加工件300表面的研磨。当然，被加工件300也可以设置于机器人的自由端部100a，研磨装置固定于工作台200，机器人带动被加工件300沿预定路线运动，进而完成被加工件300表面的研磨。

研磨装置通常包括具有驱动部件的压力产生装置和磨具组件。磨具组件包括动力部件21、磨具22、传动部件23和安装架24。磨具22主要作用为与被加工件300待打磨表面接触并完成对其表面的打磨，根据被加工件300的不同选取合适的磨具22，对于磨具22的材料本文不做详述，可参考现有技术。动力部件21主要为磨具22提供研磨所需转动力，即动力部件21驱动磨具22转动。动力部件21可以为伺服马达，当然，本领域内技术人员应当理解本文中磨具的动力部件不局限于伺服马达，还可以为普通马达等其他部件，只要能够提供磨具的转动动力即可。

一般地，磨具22、动力部件21和传动部件均安装于安装架24上，其中动力部件21通过传动部件23驱动磨具22转动，即动力部件21的动力经传动部件23传递至磨具22。传动部件23可以为带-齿轮结构，也可以为其他形式，本文不做限定。其中，安装架24和传动部件23为组成磨具组件的非必要部件。

压力产生装置的主要作用为驱动磨具22和被加工件300其中一者相对另一者相对运动，以调整磨具22和被加工件300之间的距离。也就是说，驱动部件11可以驱动磨具22靠近或者远离被加工件300，也可以驱动被加工件300靠近或者远离磨具22，即改变磨具22与被加工件300被研磨表面之间的距离，相应可以改变磨具22与被研磨表面之间的压力。优选地，压力产生装置驱动磨具22相对被加工件300相对运动。

需要说明的是，驱动部件可以直接驱动磨具22或被加工件300，也可以间接驱动磨具22或者被加工件300，即设置中间部件，驱动部件驱动中间部件实现对磨具22或者被加工件300的驱动。驱动部件可以为伸缩部件，例如气缸或者液压缸；驱动部件还也可以为伺服马达11。

本发明提供了一种研磨控制方法，具体包括：根据动力部件21或者驱动部件的工作参数，控制驱动部件动作，以使磨具22处于预定转速范围内对被加工件的表面进行研磨或者磨具22与被加工件300之间的压力处于预设范围。

根据工作参数类型的不同，以下给出了几种具体的控制方法。

实施例1

在第一种具体实施例中，请参考图4，工作参数可以为动力部件21的负载电流参数，具体控制方法为：

s11、获取驱动磨具22转动的动力部件21的负载电流参数；

需要说明的是“负载电流参数”是指在磨具22对被加工件进行研磨加工时，动力部件21的电流参数。

如上文所述动力部件21可以为伺服马达，其中伺服马达的负载电流参数可以通过以下两种方式获取：

第一种方式：请参考图1和图2，伺服马达通常配置有编码器和马达驱动器20，马达驱动器20记录有伺服马达的工作参数，例如：电压、电流、功率等数值。研磨装置还进一步包括控制器，控制器可以直接从马达驱动器20内部读取伺服马达的负载电流参数。这样无需在原研磨装置基础上增加其他零部件，即可获取负载电流参数，有利于简化研磨装置的结构以及对现有设备的改造成本。

如图2所示，研磨装置中还可以进一步设置电源26，用于给马达驱动器20供电。

对于原研磨装置中无马达驱动器或者马达驱动器接线不方便的情形而言，可以采用第二种方式获取负载电流参数。

第二种方式：请参考图3，在进行研磨加工前，还预设电流检测器25在动力部件21的电路中，电流检测器25用于获取动力部件21的电路中的负载电流参数。即研磨装置进一步包括电流检测器25，这样在研磨装置中专门增加电流检测器25以实现动力部件21电路中负载电流参数的检测，该电流检测器25与电路中其它电子零部件相对独立，无需改变现有技术中电子零部件的接线，避免影响其他电子零部件的正常工作。

现有技术实现电流检测的电流检测器25有多种形式，对于电流检测器25的具体结构不做限定，本领域内技术人员可参考现有技术。

其中，压力产生装置通常具有压力控制器120，用于控制驱动部件和动力部件21的工作状态。故具有本发明研磨控制方法的控制器可以为压力控制器120，即压力控制器120可以直接从马达驱动器内部获取马达的负载电流参数。

同理，电流检测器25可以与压力产生装置中的压力控制器120连接，电流检测器25检测的信号直接传递至压力控制器120。

研磨控制方法集成于压力控制器120中，有利于研磨装置的集成化设计。

当然，研磨控制方法不局限于集成于压力控制器120中，对于机器人研磨系统而言，研磨控制方法还可以集成于机器人控制器110内部，即通过机器人控制器110执行该研磨控制方法。

本文优选将该研磨控制方法集成于压力控制器120内部。

s12、根据负载电流参数控制驱动部件，以使动力部件21的负载电流处于预设电流范围内。

具体地，步骤s12中可以根据当前状态的负载电流控制驱动部件上下运动以调节磨具22与被加工件300之间的压力，以使负载电流处于预设电流范围内。

本文发现在研磨加工时，动力部件21的负载电流、磨具22与被加工件之间的压力以及磨具22的转速三者之间是相互关联，当动力部件21的输出功率不变的情况下，磨具22与被加工件300之间的压力越大，动力部件21的负载电流会变大，磨具22的转速会降低。

经过大量试验证实，当动力部件21的负载电流处于预设电流范围时，磨具22的转速基本处于预定转速范围，并且磨具22与被加工件之间的压力大致维持在一定范围。在研磨加工时控制动力部件21的负载电流参数处于预设电流范围，可以得到质量比较高的研磨表面。

本文中所述的预设电流范围可以为一个具体数值，但是综合考虑被加工件的加工精度、加工效率及其他因素，预设电流范围可以为某一数值范围。预设电流范围可以通过具体加工条件而定，例如根据被加工件的材料、磨具22材料及研磨精度适当选取。在研磨开始前，存储于控制器内部。为了描述技术方案的简洁，本文将预设电流范围定义为：imin～imax。imin和imax分别为预设电流范围的最小值和最大值。

具体地，当负载电流大于imax时，减小施加于磨具22上的压力，以使负载电流位于预设电流范围。当负载电流小于imin时，增大施加于磨具22上的压力，以使负载电流位于预设电流范围。

在机器人研磨系统中，对磨具22施加压力的部件通常为压力产生装置的驱动部件，驱动部件可以驱动磨具22靠近或者远离被加工件，从而调节磨具22与被加工件之间的压力。故根据负载电流参数控制压力产生装置中驱动部件动作以带动磨具22靠近或者远离被加工件，从而调节磨具22与被加工件之间的压力。

以实施该研磨控制方法的控制器为压力控制器120为例，当负载电流大于imax时，压力控制器120可以控制驱动部件带动磨具22远离被加工件，直至负载电流位于预设电流范围；当负载电流小于imin时，压力控制器120可以控制驱动部件带动磨具22靠近被加工件。

驱动部件一般仅实现磨具22与被加工件之间距离的微调。如果在研磨加工时，磨具22碰到较高的凸起时，磨具22与被加工件之间的压力会剧增，此时仅通过控制驱动部件并不能将磨具22与被加工件之间的距离调节至合适位置。本文还进行如下控制。

在一种具体实施方式中，根据负载电流参数控制机器人的各节机械臂100动作以带动压力产生装置及磨具组件二者整体靠近或者远离被加工件300，从而调节二者之间的磨具22与被加工件300之间的压力。

也就是说，控制器根据负载电流参数判断即使驱动部件带动磨具22运动至上极限位置，动力部件21的负载电流仍然会大于imax，则控制器直接控制机械臂动作，带动压力产生装置及磨具组件二者整体向上运动，远离被加工件。

同理，当控制器根据负载电流参数判断即使驱动部件带动磨具22运动至下极限位置，动力部件21的负载电流仍然会小于imin，则控制器直接控制机械臂动作，带动压力产生装置及磨具组件二者整体向下运动，靠近被加工件。

当然，也可以仅通过控制机械臂的动作实现磨具22与被加工件300之间压力的调节。

实施例2

请参考图5，在第二种具体实施例中，压力产生装置中驱动部件的驱动源为气源或者液压源，工作参数为驱动部件的驱动压力，具体控制方法为：

s21、获取压力产生装置中驱动部件的驱动压力p1；

如图3所示，研磨装置的压力产生装置中的驱动部件可以为气缸31或者液压缸。气缸31的气源可以为空压机30，空压机30的出口通过高压管路与气缸31的进气口连通。液压缸的液压源可以为液压泵，液压泵的出油口通过高压油路与液压缸的工作油口连通。驱动部件的驱动压力可以为高压管路或者高压油路上的压力。

其中，驱动压力可以由设置于高压管路或高压油路上的压力检测部件33获得。即研磨装置进一步包括压力检测部件33，用于检测驱动部件的驱动压力。研磨装置的压力产生装置还可以进一步包括角度传感器32。

图3中给出了驱动部件为气缸31的具体实施方式，空压机30、气缸31所形成的工作回路请参考现有技术，本文不做详细介绍。

s22、以驱动压力p1处于预设工作压力范围内为条件，控制驱动部件动作。

为了描述技术方案的简单，本文将预设工作压力范围定义为pmin至pmax，具体控制为：当驱动压力p1大于pmax时，降低驱动部件的驱动压力；当p1小于pmin时，增加驱动部件的驱动压力p1。驱动压力降低，则磨具22与被加工件之间接触压力降低；驱动压力p1升高，则磨具22与被加工件之间接触压力升高。

如图3，当压力控制器120根据压力检测部件33所检测的信号判断驱动部件的驱动压力p1大于pmax时，压力控制器120控制流量控制阀34的开度减小，直至驱动压力p1降低至预设工作压力范围；当压力控制器120根据压力检测部件33所检测的信号判断驱动部件的驱动压力p1小于pmin时，压力控制器120控制流量控制阀34的开度增大，直至驱动压力p1降低至预设工作压力范围。

以驱动压力为参数控制磨具22对被加工件进行研磨，控制方法比较简单，控制速度比较快。

实施例3

请参考图6，在第三种具体实施例中，所述工作参数为驱动部件施加于磨具22上的压力，具体控制方法为：

s31、获取驱动部件施加于磨具22上的压力p2；

请再次参考图1，驱动部件与磨具22之间可以还设置有压力传感器，用于检测驱动部件施加于磨具22上的压力p2。压力传感器的具体设置方式及结构本文不做详述，这并不影响本领域内技术人员对本发明的理解和实施。

驱动部件为伺服马达11和螺母丝杠组件或者气缸31。螺母丝杠组件包括螺母13和丝杠12，伺服马达11驱动螺母转动，调节丝杠12的上下位置，进而实现磨具22位置的调节。当然，压力产生装置中还可以进一步包括伺服马达、螺母丝杠组件的安装架等部件。伺服马达11还可以具有马达驱动器10。

s32、以压力p2处于预设压力范围内为条件，控制驱动部件动作。

为了描述技术方案的简洁，本文将预设压力范围定义为p’min至p’max，具体控制为：当驱动压力p2大于p’max时，控制驱动部件远离被加工件以降低施加于被加工件上的压力；当p1小于pmin时，控制驱动部件控制被加工件300以增加施加于被加工件300上的压力。

该控制方法中直接通过施加于被加工件300上的压力为参数进行控制，控制精度比较高。

上述各研磨控制方法的实施例中，还可以进一步根据负载电流参数、驱动部件的驱动压力或者驱动部件施加于磨具22上的压力等工作参数进行如下控制：根据所述工作参数降低或者提高机械臂的横向移动速度，以使所述负载电流处于预设电流范围。

以工作参数为负载电流参数为例，根据负载电流参数控制机械臂的横向移动速度具体步骤为：当负载电流参数大于imax时，降低机械臂的横向移动速度；或者/和当负载电流参数小于imin时，提高机械臂的横向移动速度。

本文中所述的横向是指机械臂沿研磨表面运动的方向。

也就是说，可以通过同时调节磨具22与被加工件300之间压力和机械臂的横向移动速度，使工作参数(负载电流参数、驱动部件的驱动压力或者驱动部件施加于磨具22上的压力)处于预设工作参数范围。

上述各实施例，研磨装置还可以进一步包括操作界面60，操作者可以自操作界面60向压力控制器或者机器人控制器输入控制参数，例如动力部件的负载电流值范围等。

上述研磨控制方法是依赖机器人研磨系统及研磨装置为基础实施的，故本发明中的机器人研磨系统及研磨装置同样具有上述研磨控制方法的有益效果。

图1至图3中的箭头表示信号传递的方向。

以上对本发明所提供的一种机器人研磨系统、研磨装置及研磨控制方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。