一种智能柔性打磨抛光执行系统及控制方法

技术领域

本发明涉及智能柔性打磨抛光技术领域，具体为一种智能柔性打磨抛光执行系统及控制方法。

背景技术

越来越多的工厂采用机器人自动打磨抛光技术，所谓机器人自动打磨抛光技术通常是用机器人或专机设备的执行末端直接夹持打磨机，根据产品表面特征编辑机器人运行路径，来实现产品表面的打磨过程。传统机器人在打磨抛光作业中只有位移的概念，但对于抛光、打磨、装配等这类接触作业，仅采用位置控制已经无法满足加工精度和加工质量的要求。为了保证打磨抛光时工件的加工质量，防止末端执行器与工件接触时机器人或者工件受到损害，需要对机器人进行有效的力控制。

发明内容

本发明目的是：提供一种智能柔性打磨抛光执行系统及控制方法，以解决现有技术中常规机器人打磨效果不佳的问题。

本发明的技术方案是：一种智能柔性打磨抛光执行系统及控制方法，所述方法应用于一种智能柔性打磨抛光执行系统，所述方法包括如下步骤：

S1、设定磨削力F以及磨削转速V；

S2、设定F的多个标定值，并分别以任意标定值为基准构建的磨削力区间；

设定V的多个标定值，并分别以任意标定值为基准构建的磨削转速区间；

S3、检测F和V的实时值，并分别设定为Fs和Vs；

S4、构建磨削力补偿量F’，包括设定F与竖直轴线的夹角为α，以及磨削设备的质量为M，构建重力补偿Mcosα；

S5、判断Fs和Vs对应所处的区间，构建柔性打磨模式，通过Fs与F’结合，使得Fs趋近于对应区间内的标定值。

优选的，设定F的标定值F1，并以F1为基准构建第一磨削力区间；所述第一磨削力区间具有两端点Fb和Fc，且所述Fb＜Fc；

设定V的标定值V1；并以V1为基准构建第一磨削转速区间；所述第一磨削转速区间具有两端点Vb和Vc，所述Vb＜Vc；

S5.1、所述柔性打磨模式包括模式一：当Vs处于第一转速区间时，Fs以单位时间周期性递增或递减F’，直至｜F1-Fs｜＜F’。

优选的，所述F’=｜F1-Fs｜/n-Mcosα，所述n为10-100之内的任意值。

优选的，设定F的标定值F2，并以F2为基准构建第二磨削力区间；所述第二磨削力区间具有两端点Fc和Fd，且所述Fc＜Fd；

设定V的标定值V2，并以V2为基准构建第二磨削转速区间；所述第二磨削转速区间具有两端点Va和Vb，且所述Va＜Vb；

S5.2、所述柔性打磨模式包括模式二：当Vs处于第二转速区间时，所述Fs以单位时间周期性递增或递减F’，直至｜F2-Fs｜＜F’。

优选的，所述F’=｜F2-Fs｜/n-Mcosα，所述n为10-100之内的任意值。

优选的，设定F的标定值F3，并以F3为基准构建第三磨削力区间；所述第三磨削力区间具有两端点Fa和Fb，且所述Fa＜Fb；

设定V的标定值V3，并以V3为基准构建第三磨削转速区间；所述第三磨削力区间具有两端点Vc和Vd，且所述Vc＜Vd；

S5.3、所述柔性打磨模式还包括模式三：当Vs处于第三转速区间时，所述Fs以单位时间周期性递增或递减F’，直至｜F3-Fs｜＜F’。

优选的，所述F’=｜F3-Fs｜/n-Mcosα，所述n为10-100之内的任意值；

一种智能柔性打磨抛光执行系统，所述系统执行如权利要求3或5或7所述的方法；其中，所述系统包括：

打磨盘，质量为M，围绕自身轴线以转速V运行，对工件表面进行打磨；

伺服设备，一端连接于基座，另一端作为执行端并连接打磨盘，并带动打磨盘贴合工件表面运行，并对打磨盘施加磨削力F；

磨削检测单元，用于检测F和V的实时值；

姿态检测单元，用于检测F与竖直轴线的夹角α；

柔性控制单元，结合磨削检测单元和姿态检测单元的检测值，对F和V进行柔性控制。

与现有技术相比，本发明的优点是：

（1）本发明通过构建三种不同的柔性打磨模式，通过对实际转速Vs的检测，判断当前工况，从而进行针对性的调整，提高磨削效率的同时，保证磨削质量。

（2）当检测到Vs突然降低时，即判断在磨削过程中遇到焊点，通过控制Fs递增F’进入第二磨削力区间，从而获得更大的磨削力，使得焊点快速的被打磨干净。

（3）当检测到Vs突然增大时，即判断打磨盘在磨削工件边缘的过程中部分悬空，导致接触面减少。此时通过降低磨削力，避免工件出现塌边。

（4）设置有重力补偿，使得本发明对应磨削力的控制随姿态自适应调整。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为一种智能柔性打磨抛光控制方法流程图；

图2为一种智能柔性打磨抛光执行系统结构图；

其中：1、打磨盘，2、机械臂。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明的内容做进一步的详细说明：

实施例一

如图2所示，一种智能柔性打磨抛光执行系统，包括：

基座，基座上连接有伺服电机驱动的机械臂2，机械臂2远离基座的一端连接有打磨盘1，打磨盘1围绕自身轴线旋转用于对工件进行磨削作业，机械臂2对打磨盘1施加磨削力并驱动打磨盘1贴合工件表面运行。对应设置有用于检测磨削力和打磨盘1转速的实时值的磨削检测单元。

同时，机械臂2会根据工件表面的起伏改变打磨盘1的姿态。在此过程中，磨削力会存在与竖直轴线的一个不断变化的夹角。对应设置有用于检测该夹角的姿态检测单元。

柔性控制单元，结合磨削检测单元和姿态检测单元的检测值，对磨削力和磨削转速进行柔性控制，提高对包括焊点打磨和工件边缘打磨在内的特殊打磨环境下的打磨效果。

实施例二

一种智能柔性打磨抛光控制方法，如图1所示，该方法包括如下步骤：

S1、将机械臂2对打磨盘1施加的磨削力设定为F，以及将打磨盘1的磨削转速设定为V；

S2、设定F的三个标定值，分别为F1、F2、F3，并分别以F1、F2、F3为基准构建三个磨削力区间。分别为包含F1的第一磨削力区间（Fb，Fc），包含F2的第二磨削力区间（Fc，Fd），以及包含F3的第三磨削力区间（Fa，Fb）。

设定V的多个标定值，分别为V1、V2、V3，并分别以V1、V2、V3为基准构建三个磨削转速区间。分别为包含V1的第一磨削转速区间（Vb，Vc），包含V2的第二磨削转速区间（Va，Vb），以及包含V3的第三磨削转速区间（Vc，Vd）。

其中，Fa、Fb、Fc、Fd依次增大，Va、Vb、Vc、Vd依次增大。

如此设置，使得第一磨削转速区间（Vb，Vc）和第一磨削力区间（Fb，Fc）均处于中等范围，对应正常磨削工况。

第二磨削转速区间（Va，Vb）处于较低范围，对应磨削过程中打磨到焊点使得打磨盘1转速降低的情况。第二磨削力区间（Fc，Fd）处于较高范围，即通过增大磨削力，使得焊点快速的被打磨干净。

第三磨削转速区间（Vc，Vd）处于较高范围，对应磨削过程中打磨到工件边缘，打磨盘1与工件表面接触面减小，进而使得打磨盘1转速增加的情况。第三磨削力区间（Fa，Fb）处于较低范围，即通过减少磨削力，保证打磨盘1与工件接触面的面积减少时，接触面的压强不变，避免工件出现塌边。

S3、检测F和V的实时值，并分别设定为Fs和Vs。

S4、构建磨削力补偿量F’，包括设定F与竖直轴线的夹角为α，以及磨削设备的质量为M，构建重力补偿Mcosα。

S5、将Fs和Vs与Fa、Fb、Fc、Fd以及Va、Vb、Vc、Vd分别进行比对，从而判断Fs和Vs对应所处的磨削力或者磨削转速区间，并据此构建三个柔性打磨模式。

S5.1、模式一：当Vs处于第一转速区间时，Fs以单位时间周期性递增或递减F’，直至｜F1-Fs｜＜F’，随后通过递增或者递减F’，从而保持｜F1-Fs｜＜F’。其中，令F’=｜F1-Fs｜/n-Mcosα，且在本实施例中，n设定为20。

如此设置，使得在正常磨削环境下，F保持在恒定的范围内，从而获得良好的磨削效果。

S5.2、模式二：当Vs处于第二转速区间时，Fs以单位时间周期性递增F’，直至｜F2-Fs｜＜F’，随后通过递增或者递减F’，从而保持｜F2-Fs｜＜F’。其中，令F’=｜F2-Fs｜/n-Mcosα，且在本实施例中，n设定为20。

如此设置，使得在磨削过程中遇到焊点，Vs突然降低时，Fs通过递增F’进入第二磨削力区间，从而获得更大的磨削力，使得焊点快速的被打磨干净。

S5.3、模式三：当Vs处于第三转速区间时，Fs以单位时间周期性递减F’，直至｜F3-Fs｜＜F’，随后通过递增或者递减F’，从而保持｜F2-Fs｜＜F’。其中，令F’=｜F3-Fs｜/n-Mcosα，且在本实施例中，n设定为20。

如此设置，使得打磨盘1在磨削到工件边缘，接触面减少时，通过降低磨削力，避免工件出现塌边。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明，因此无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。