[发明专利]一种具备力反馈控制的五轴联动抛光系统

说明书

技术领域

本发明涉及工件表面的抛光技术领域，尤其涉及一种具备力反馈控制功能的五轴联动抛光系统。

背景技术

在卫浴、汽车零部件、建筑五金等行业，很多工件需要进行打磨和抛光，比如水龙头、淋浴头等。现有的抛光作业一般是利用抛光盘或者抛光砂带进行人工抛光，这种方法存在劳动强度大、工作环境恶劣、产品一致性难以保证的缺点，而且抛光效率低，单件工件抛光人工成本高，因此难以满足企业规模化生产要求。目前，国内一些厂家采取工业机器人或者数控系统进行抛光作业，但是由于机器人控制系统或者数控系统的开发难度非常大，目前国内只有少数厂家能够生产；另外，在抛光作业中现有的工业机器人或者数控系统只具备对运动轨迹的控制功能，并不能够对抛光力进行控制。

为了实现较为复杂曲面的高精度抛光，人们进行了研究探索。授权公告号为CN202133890U的中国专利采用在抛光机上添加一个基于PLC的力反馈控制系统，与工业机器人通过网络通讯实现抛光加工力控制。但是，这种方法比较复杂，需要有多个控制器，控制器之间要求有稳定高速的实时通讯才能保证加工质量。申请号为CN201110230547.7与CN201010215314.5的中国专利申请中采用在工业机器人手腕和抛光磨头之间加装一个独立的柔性手腕，由这个独立的柔性手腕来实现抛光力控制的方法，该方法控制效果较好，但是由于结构复杂，而且价格高，应用受到限制。申请号为CN201210073920.7的中国专利申请中采用基于数控系统的三轴抛光机，然而传统抛光机采用三个运动轴无法持续对工件进行多面加工，需多次对工件进行装夹与程序设置，浪费了大量工时，影响了工作效率。申请号为CN201110109354.6的中国专利申请基于五轴联动数控系统实现了五轴抛光机，但是该抛光机并不具备抛光力控制功能，很难保证高精度的抛光加工。

发明内容

本发明的技术目的是提供一种五轴联动抛光系统，利用该系统不但能够对待抛光工件沿三维空间中任意抛光轨迹和方向进行抛光加工，而且能够实现对抛光轨迹中任意点的抛光力控制。

本发明实现上述技术目的所采用的技术方案为：

一种具备力反馈控制功能的五轴联动抛光系统，如图1所示，包括机器人本体、抛光刀具、力传感器、用于驱动机器人运动的驱动模块、用于信号输入与输出的IO模块、以及用于系统控制的控制模块；

如图2所示，所述的机器人本体结构为五轴龙门式，所述抛光刀具一端与机器人本体相连接，另一端可绕该连接点自由摆动（称为抛光刀具的摆动端）；所述的五轴为X、Y、Z三个平动轴和A、C两个摆动轴，其中，X、Y、Z轴中的任意两轴互相垂直，用于实现机器人本体在三维空间中任意位置的定位；A轴是抛光刀具相对于X轴与Y轴所构成的XY平面的摆动轴，C轴是抛光刀具在XY平面内相对于X轴的摆动轴，X、Y、Z、A与C轴用于实现抛光刀具的摆动端在三维空间中任意位置的定位；

所述的力传感器安装在机器人本体与抛光刀具之间，假设抛光刀具与机器人本体之间的连接点为M，抛光刀具与待抛光工件抛光面的某一接触点为P，所述的力传感器用于检测抛光刀具在P点进行抛光作业时，沿轴线PM方向的抛光力；

工作状态时，在三维空间中，设定抛光刀具在抛光面的目标抛光轨迹，以及在该目标抛光轨迹中某一点P的目标抛光力为Fp；通过控制模块控制驱动模块，以驱动机器人本体运动至三维空间中的M(x,y,z)位置，带动抛光刀具在抛光位置P点进行抛光，根据抛光刀具在P点的摆动坐标值(a,c)以及长度L得到P点在三维空间的坐标为P（x+Lcos(a)cos(c)，y+Lcos(a)sin(c)，z+Lsin(a)）；力传感器检测出在P点沿PM方向的实际抛光力为Fc，通过IO模块输入该信息至控制模块，控制模块根据在P点的目标抛光力与实际抛光力之间的误差Fe=Fp-Fc，控制驱动模块进行修正，以补偿机器人本体在三维空间上的进给量dx，dy，dz分别为（Fe P_f cos(a)cos(c),Fe P_f cos(a)sin(c),Fe P_fsin(a)），其中P_f指代该位置修正的速率，从而实现P点的抛光力达到目标抛光力。

所述的抛光刀具与机器人本体的连接形式不限，可以通过夹具相连接等。

作为一种实现方式，所述的P_f为线性值，优选为常数。

作为一种实现方式，所述的IO模块包括数字输入模块、数字输出模块，模拟输入模块以及模拟输出模块等；