具有径向刷盘的磨机的抽吸装置的制作方法

在此描述的实施例涉及一种由操纵器(例如工业机器人)操作机床的抽吸装置，该抽吸装置用于抽吸从工件表面去除的材料。

背景技术：

在加工工件时，由机器人辅助实施的表面加工过程，例如磨削过程和抛光过程，起到越来越重要的作用。工业机器人以自动化方式用于机器人辅助生产，比如借助于工业机器人可以使磨削过程自动化。

在机器人辅助的加工装置中，具有旋转工具的机床(例如具有砂轮或径向刷的磨机)由操纵器，例如工业机器人引导。操纵器的所谓tcp(toolcenterpoint)在加工过程期间沿着定义的轨道(轨迹)运动，其例如可以提前借助示教程序编程。tcp的预定轨道为每个时间点确定tcp的位置和方向，从而确定机床有关的位置和方向。因此，控制操纵器运动的机器人控制装置通常还包括位置控制。此外，可以设置弹簧或者额外的致动器，其以一定的力将工具压向工件表面。

通常，希望或需要抽吸从工件表面去除的材料(例如磨料粉)。因此，机床可以配备抽吸装置，该抽吸装置负责抽吸工件表面去除的材料。已知的抽吸装置具有部分地包围工件的抽吸罩。抽吸罩连接到抽吸管，通过抽吸管在抽吸罩中产生负压，并且抽吸到松散的材料。具有抽吸罩的抽吸装置本身已知。

对于处理较小的或较窄的工件、或者具有弯曲表面的工件，抽吸装置通常操作复杂，或者简直太大而无法合适地用在工件上。“颠倒”(工具在工件表面下方)式加工也为一些抽吸装置带来困难。

发明人的目的是为机器人辅助的表面加工装置提供一种改进的抽吸装置。

技术实现要素：

上述目的将通过根据权利要求1所述的装置来实现。本发明的不同实施例和改进方案是从属权利要求的主题。

本发明描述了一种抽吸装置，其用于机器人辅助的用于表面加工的机床。根据一个实施例，抽吸装置包括带有真空嘴的壳体和用于连接软管的排放口。此外，抽吸装置具有悬挂装置，该悬挂装置将壳体与装配板连接，并且该悬挂装置围绕轴可转动地支承在装配板上。配重连接至悬挂装置，使得配重基本平衡壳体相对于轴的重量。在一个实施例中，悬挂装置具有四连杆机构。

根据另一个实施例，抽吸装置包括带有真空嘴的壳体和用于连接软管的排放口，以及悬挂装置，该悬挂装置将壳体与装配板连接，并且围绕至少一个轴可转动地支承在装配板上。配重连接到悬架，使得壳体围绕轴的重量产生第一转矩，并且配重围绕轴产生第二转矩，这样至少部分地补偿了第一转矩。

此外，还描述了一种用于机器人辅助加工工件表面的装置。根据一个实施例，该装置包括可装配在操纵器的支架，与支架机械地连接的具有旋转工具的机床，以及可转动地安装在装配板上的抽吸装置，其中，装配板是支架的一部分。

附图说明

下面借助于附图中所示出的实施例进一步阐述本发明。这些图示不一定按比例绘制，并且本发明并不仅限于所示的方面。更确切地说，重要的是展示出基于本发明的基本原理。在附图中：

图1是具有磨机的机器人辅助磨削装置的示例性示意图，该磨机通过力控制的线性致动器连接至工业机器人。

图2是可安装在操纵器并具有抽吸装置的磨削装置的侧视图。

图3是与图2的侧视图相关联的正视图。

图4是图2或图3的抽吸装置的一部分的详细视图。

图5示意性地示出了用于抽吸装置的平衡悬挂装置的示例。

具体实施方式

在详细阐述各种实施例之前，首先描述机器人辅助的磨削装置的一般示例。虽然这里所述的实施例是借助磨削装置进行说明的，但它们不限于磨削装置，而是可以应用于任何表面加工处理(abrasivemachining)的装置，例如用于铣削、磨削、抛光等的机床。

在图1中示出的示例包括操纵器1(例如工业机器人)和具有旋转的磨削工具(砂轮)的磨机10，其中磨机10能够通过线性致动器20连接至操纵器的工具中心点(tcp)(但是并非在所有示例性实施例中必须如此)。在六自由度工业机器人的情况下，操纵器可以由四个部段2a、2b、2c和2d构成，它们分别通过关节3a、3b和3c连接。第一部段大多与基座b刚性连接(然而不一定必须如此)。关节3c使部段2c和2d连接。关节3c可以是双轴式的，并且使得部段2c能够绕着水平旋转轴(仰角)和垂直旋转轴(方位角)旋转。关节3b使部段2b和2c连接，并且使得部段2b相对于2c的位置旋转运动。关节3a使部段2a和2b连接。关节3a可以是双轴的，因此(类似于关节3c)能够在两个方向上转动运动。tcp具有相对于部段2a的固定的相对位置，其中该段通常还包括旋转关节(未示出)，该旋转关节能够实现围绕部段2a的纵轴a的旋转运动(在图1中作为点划线画出)。关节的每个轴都配设有致动器，该致动器可以引起围绕相应关节轴的旋转运动。关节中的致动器由机器人控制装置4根据机器人程序来控制。tcp可以(在一定的边界内)任意定位(轴a的任意方向)。

操纵器1通常是位置控制的，即机器人控制装置可以确定tcp的姿势(位置和方向)，并沿着预定的轨迹移动tcp。当致动器20抵靠端部止挡件时，也利用tcp的姿势来定义磨削工具的姿势。另外，致动器20可用于在磨削过程中将工具(砂轮11)与工件w之间的接触力(过程力)设定为期望值。在许多情况下，通过操纵器1直接控制过程力可能是困难的或没有希望的，因为操纵器1的部段2a-2c的高惯性使得有效的控制变得困难。因此，机器人控制装置可以配置为控制tcp的姿势(位置和方向)，而接触力的控制(也参见图2，接触力fk)最终由连接在磨机10和操纵器1之间的致动器20实现。如上所述，致动器20不是在所有应用中都是必要的，并且还可以被省略。在一些应用中，致动器可以用简化的弹簧代替。

在本实施例中，致动器20是气动致动器，例如双作用气动缸。然而，也可以使用其他气动致动器，例如风箱气缸和空气肌肉。作为替代方案，也可以考虑直接电驱动(无传动机构)。在气动致动器的情况下，力控制可以通过本身已知的方式借助于控制阀，调节器(在控制装置4中实施)和压缩空气储存器来实现。然而，具体的实施方式对于进一步的解释并不重要，因此也不更详细地描述。

图2示出了可安装至操纵器并具有抽吸装置的磨机的示例性实施方式的侧视图。图3是从前面示出所属的视图。如图1所示，磨机10通过线性致动器20与操纵器连接。在图2所示的示例中——与图1不同——致动器20的作用方向不平行于操纵器的部段2a的纵轴a(在图2中在右侧示出，也参见图1)而是与其成直角。为了将致动器20和磨机10连接至操纵器，设置有角规3(装配角)，其具有第一装配板31(法兰)和第二装配板32，它们各自彼此成直角。装配板31被构造为能够安装至操纵器。操纵器的tcp在该示例中位于装配板32在轴a的表面上。致动器20的第一端连接到装配板32(例如通过螺钉)，并且磨机10连接到致动器20的第二端(例如，同样通过螺钉)。在所示的例子中，磨机10的电动机12的电动机轴的旋转轴a’纵向垂直于致动器20的作用方向，并且平行于机器人的远侧部段2a的纵轴a。因此，致动器20的偏移确定了轴a和a’之间的标准距离。旋转工具11连接到磨机10的电动机12的电动机轴。在本例中，旋转工具是径向刷(bristlebrush)。根据相应的应用，也可以设置其他工具(例如砂轮、磨削带等)。

应当注意，轴a和a’不必一定平行。此外，装配板31和32也不必以直角设置。在图2中，可以看到磨机10的位置仅取决于tcp的位置(包括方向)和致动器20的偏移。对于装配板31和32之间的任意已知角度和已知距离，控制装置(controller，例如，机器人控制装置)可以根据tcp的位置和致动器20的偏移来确定磨机10的电动机轴的旋转轴a’的位置(包括方向)。在没有致动器20的实施例中，可以通过简单的坐标变换从tcp的位置确定磨机的电动机轴的位置。

抽吸装置设置在支架上，该支架在当前示例中被构造为角规3。提到的装配板可以是支架的一部分(例如一体式)。在所示的示例中，角规3具有另一装配板33，抽吸装置安装在该装配板33上。抽吸装置包括相对狭窄的壳体40，该壳体可以成型为吸尘器的接合嘴(vacuumcrevicenozzle)。即，真空嘴48布置在壳体的另一端，并且灰尘和其他颗粒可以通过真空嘴被抽吸。壳体40的详细视图也在图4中示出。除了在壳体40的下端处的嘴之外，辊42可以安装到壳体40。辊42可以设置为，使得它在运行中在工件表面上滚动并且确保壳体40与工件w之间的一定距离d。毛刷47可以布置在壳体的一侧，并且可以附加地清洁已经加工过的工件表面。辊42和毛刷47是可选的，并且可以根据应用省略。壳体40在与真空嘴48相对而置的端部处(在上侧)具有排放口45，通过该排放口将被抽出的材料运走。为此，软管44连接到排放口45，该软管也可以固定在该角规上(例如固定在装配板32上)。软管44从壳体40通向风机(未示出)的吸入侧。适合的风机本身是已知的，因此这里不再进一步讨论。

在图2中，可以看到壳体40在角规3处的悬挂装置(suspension)。因此，抽吸装置的壳体40通过平面耦合四连杆机构(flatfour-barcoupling)安装到装配板33。所述四连杆机构基本上由连接杆51和52形成，连接杆51和52可旋转地支承载装配板33(旋转轴r1和r2)。连接杆51和52各自有一端部也利用壳体40可转动地支承(旋转轴r3和r4)，其中，在本实施例中，旋转轴r1、r2、r3和r4布置成，使得连接杆51和52基本上平行。连接杆中的一个(在本示例中为连接杆52)连接到配重41(配重的重心由r5表示)。配重41位于壳体40与旋转轴r1相对的一侧，并且被这样确定尺寸，使得配重平衡壳体40的重力。也就是说，在没有从外部作用到四连杆机构的力的情况下，没有转矩作用到连接杆51和52上。即使当磨削装置颠倒(upside-down)操作时，四连杆机构在每个位置都是平衡的。换句话说，由磨削装置(没有软管44)的重量引起的在四连杆机构(例如围绕旋转轴r1)上的转矩，基本上通过由配重的重力在四连杆机构上产生的转矩来补偿。

在图5中再次示出了作用到四连杆机构上的力，其中不失一般性地假设，壳体40和配重41的重量分别集中在一个点(重心)上，并且将连接杆的重量附加至壳体和配重的重量上。由壳体40的重力f40绕轴r1引起的转矩为f40·(l0+l1)·cos(α)，并且由配重41的重力f41绕轴r1引起的转矩为-f40·l2·cos(α)，其中l0为轴r3与力f40作用在其上的重心之间的距离。l1是轴r1与轴r3之间的距离，并且l2是轴r1和配重41的重心之间的距离。当f40·(l0+l1)·cos(α)-f40·l2·cos(α)＝0成立时，则四连杆机构平衡。可以看出，角度α对于等式不是重要的，并且得到f41＝f40·(l0+l1)/l2。

为了将壳体40例如通过辊42压靠在工件表面上，一个非常小的力就足够了，该力(与重力不同)在各个位置中作用在工件表面的方向上。这个小力例如可以由弹簧元件引起，该弹簧元件直接或间接地在角规3(例如装配板33)和四连杆机构之间起作用。在图2所示的示例中，该弹簧力fs由连接到壳体40)的排放口45上的软管44产生，并且软管44固定在角规3的装配板32上。由软管44引起的弹簧力在装配板32与壳体40之间作用，并且因此也间接地在装配板33(或角规3)与四连杆机构之间作用。这种情况也在图5中示出。以三角形象征的支承点全部与角规3刚性连接(即，它们位于装配板32或33之一上)。