基于六自由度机器人的复杂曲面抛光装置的制作方法

本实用新型涉及一种曲面抛光装置，具体涉及一种基于六自由度机器人的复杂曲面抛光装置。

背景技术：

目前，对复杂曲面的研磨、抛光精密加工，基本上都是采用人工打磨，人工打磨工作效率低下，成本很高，打磨会产生大量固体粉尘，工人的工作坏境恶劣，严重损害了工人身体健康，人工打磨对人工技术经验水平要求高，凭借肉眼观察对零件表面局部进行反复抛光，零件表面质量无法得到精确控制，必然导致工件合格率不高，生产效率低下，综上所述，人工打磨已经无法满足当今要求。

目前，美国和日本已研制出自动化抛光设备，如，基于一台三自由度加工中心和一台两自由度工业机器人搭建出适用于自由曲面抛光的五自由度抛光设备，并设计出相应的抛光控制系统，抛光控制系统主要由几何建模、CAD数据交换、抛光数据自动生成和轨迹跟踪仿真四个模块组成，抛光控制系统能将输入的模型自动生成刀位点数据、将刀位点数据转化为机器人目标位姿、完成机器人运动学反解后翻译成机器人抛光运动控制命令，还可以制定恒力抛光控制策略（结合传感器可以实现力/位混合控制），并通过试验仿真验证该系统的可行性。但是上述自动化抛光设备需要工件和机器人操作端协同动作才能完成多自由度的加工，但是如果工件不动，机器人操作端自由度过多的话，机器人操作端往往存在刚度小，承载能力低的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种基于六自由度机器人的复杂曲面抛光装置，该装置采用六自由度机器人可以带动末端操作器完成操作空间内任意复杂的动作，末端操作器采用电主轴为刀具提供动力，不仅转速高而且结构简单、尺寸小，改善了六自由度机器人刚度低、承载能力低的问题。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种基于六自由度机器人的复杂曲面抛光装置，包括六自由度机器人、末端操作器和抛光控制系统，末端操作器包括依次连接的主侧接口板、三维压力传感器、工具侧转接板、工具侧接口板、电主轴和刀具，其中，工具侧转接板安装在三维压力传感器的工作面上，主侧接口板安装在六自由度机器人传动末端，六自由度机器人和三维压力传感器分别与抛光控制系统连接。

进一步地，主侧接口板与六自由度机器人传动末端的法兰盘通过螺钉和定位销连接固定。

进一步地，电主轴前端设有机械式卡头，刀具被夹在机械式卡头上。

进一步地，主侧接口板、工具侧转接板和工具侧接口板材料均为铝合金。

本实用新型的有益效果是：

1.采用六自由度机器人可以带动末端操作器完成操作空间内任意复杂的动作，在抛光后控制系统的控制下按照预先规划好的轨迹运动，同时电主轴前端的刀具作高速旋转运动对工件进行微量加工，完全替代了人工抛光，有效提高抛光表面质量和抛光效率；安装三维压力传感器可以将测得的压力信号实时传送给抛光控制系实现恒力抛光作业，进一步提高了抛光质量；末端操作器采用电主轴为刀具提供动力，不仅转速高（旋转速度可达40000r/min），而且结构简单、尺寸小，改善了六自由度机器人刚度低、承载能力低的问题。

2.通过定位销定位、螺钉固定，定位精准、连接牢固。

3.机械式卡头与气动和液动卡头相比体积小、重量轻，减小了末端操作器的负担。

4.采用铝合金减轻了末端操作器的重量，解决了六自由度机器人刚度差、承载能力差的问题。

附图说明

图1本实用新型实施例的三维示意图。

图2本实用新型实施例中末端操作器的三维示意图。

图中：1-六自由度机器人；2-末端操作器；3-主侧接口板；4-三维压力传感器；5-工具侧转接板；6-工具侧接口板；7-电主轴；8-机械式卡头；9-刀具。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1和图2所示，一种基于六自由度机器人的复杂曲面抛光装置，包括六自由度机器人1、末端操作器2和抛光控制系统，末端操作器2包括依次连接的主侧接口板3、三维压力传感器4、工具侧转接板5、工具侧接口板6、电主轴7和刀具9（在本实施例中，刀具9为磨刀），其中，工具侧转接板5安装在三维压力传感器4的工作面上，主侧接口板3安装在六自由度机器人1传动末端，六自由度机器人1和三维压力传感器4分别与抛光控制系统连接。

采用六自由度机器人1可以带动末端操作器2完成操作空间内任意复杂的动作，在抛光后控制系统的控制下按照预先规划好的轨迹运动，同时电主轴7前端的刀具9作高速旋转运动对工件进行微量加工，完全替代了人工抛光，有效提高抛光表面质量和抛光效率；安装三维压力传感器4可以将测得的压力信号实时传送给抛光控制系实现恒力抛光作业，进一步提高了抛光质量；末端操作器2采用电主轴7为刀具提供动力，不仅转速高（旋转速度可达40000r/min），而且结构简单、尺寸小，改善了六自由度机器人6刚度低、承载能力低的问题。

在本实施例中，主侧接口板3与六自由度机器人1传动末端的法兰盘通过螺钉和定位销连接固定。通过定位销定位、螺钉固定，定位精准、连接牢固。

如图2所示，在本实施例中，电主轴7前端设有机械式卡头8，刀具9被夹在机械式卡头8上。机械式卡头8与气动和液动卡头相比体积小、重量轻，减小了末端操作器2的负担。

在本实施例中，主侧接口板3、工具侧转接板5和工具侧接口板6材料均为铝合金。采用铝合金减轻了末端操作器2的重量，解决了六自由度机器人1刚度差、承载能力差的问题。

本实用新型的具体工作流程是：

1）将末端操作器2与六自由度机器人1直接相连，通过变频器调节电主轴7转速，使得电主轴7获得较高转速。

2）将工件模型导入到抛光控制系统的抛光数据自动离线生成软件（基于VC++6.0对UG进行二次开发）中，该软件可以将导入的工件模型的表面自动离散化、生成满足多轴刀位点分布精度的多轴刀位点数据，并完成抛光运动轨迹规划；该软件能充分考虑曲面曲率和局部曲面片大小因子对多轴刀位点采样策略的影响，避免了由于多轴刀位点分布不合理而引起的抛光质量不理想、甚至发生运动干涉的弊端。

3）抛光控制系统的抛光控制软件（基于MFC开发）将多轴刀位点数据转化为机器人目标位姿，并完成机器人运动学反解后翻译成机器人抛光运动控制命令，发送至抛光控制系统的机器人运动控制器来六自由度机器人1搭载末端操作器2，同时电主轴7高速旋转按预定抛光轨迹完成自动抛光；

4）末端操作器2中的三维压力传感器4测得的压力信号实时传送给抛光控制系统的抛光控制软件作为恒力抛光控制策略的输入信号来干预六自由度机器人1抛光运动，以完成当前刀位点的恒力抛光作业。

5）步骤4完成后退回至当前刀位点处，重复完成步骤4和5,直至抛光曲面上所有刀位点。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。