一种钢轨焊缝粗打磨工位机器人及其打磨工艺

技术领域

本申请涉及工件打磨技术的领域，尤其是涉及一种钢轨焊缝粗打磨工位机器人及其打磨工艺。

背景技术

钢轨是各类轨道的主要组成部件。它的功用在于引导车轮的前进，承受车轮的巨大压力，并将压力传递到轨枕上。钢轨的长度可以根据需要进行焊接定制，以适应不同的轨道输送设备需求。

目前，在进行钢轨的焊接作业时，常需要对钢轨焊缝进行打磨作业。由于钢轨及焊缝形态具有其特殊性，即钢轨全轮廓为复杂异形曲面，同时又存在钢轨外观尺寸有不同误差、焊接时存在错边、加工相容度不高等问题。为达到焊缝区域与母材平顺过渡的质量要求，目前焊缝粗打磨作业上，通常采用数控铣床以及人工手持式砂轮机打磨相结合的打磨方案。虽然，人工辅助打磨的方式能够有效的提高钢轨焊缝的打磨质量，但增设的人工打磨工序会大幅延长钢轨焊缝的打磨周期，使得钢轨焊缝的打磨效率较低。

发明内容

为了改善钢轨焊缝打磨效率较低的问题，本申请提供一种钢轨焊缝粗打磨工位机器人。

本申请提供的一种钢轨焊缝粗打磨工位机器人采用如下的技术方案：

一种钢轨焊缝粗打磨工位机器人，包括基础平台，所述基础平台上设置有：两组多关节机械手，所述两组多关节机械手沿第一方向排列，每组包括至少一个多关节机械手，所述多关节机械手的末端设置有打磨头；夹紧装置，位于两组多关节机械手之间，用于对钢轨进行夹持，使钢轨在两组多关节机械手之间沿第二方向延伸，所述第二方向与所述第一方向相交；控制系统，用于调节多关节机械手的转动姿态、控制所述打磨头的打磨压力。

通过采用上述技术方案，设置的夹紧装置先将钢轨夹持定位于基础平台上，而后通过控制系统进行多关节机械手的姿态调节，使得电主轴上的刀具沿钢轨的焊缝轮廓轨迹进行焊缝的高效精细打磨，多组打磨头的共同作业下，于钢轨的两侧同步进行焊缝的打磨作业，既提高钢轨焊缝打磨质量和打磨效率的同时，还使得批量钢轨的焊缝打磨质量较高且较为统一。

可选的，所述打磨头包括设置在多关节机械手末端的柔性力控法兰、设置在力控法兰远离多关节机械手一端的电主轴、可拆卸连接于电主轴输出端的刀具；所述柔性力控法兰与控制系统电连接。

通过采用上述技术方案，在控制系统控制打磨头进行钢轨的打磨作业时，控制系统能够通过控制柔性力控法兰以及多关节机械手，而实现恒定柔性的打磨压力控制，实现打磨压力的调节，从而使得钢轨焊缝的打磨质量大幅提高。

可选的，所述夹紧装置包括：支撑台，设置于所述基础平台上；导料辊、转动设置于支撑台上，所述导料辊圆周面用于支撑钢轨；夹持机构，设置在所述支撑台上，用于对钢轨进行夹紧和松放。

通过采用上述技术方案，当钢轨受外部输送装置的输送而送入基础平台后，通过导料辊对钢轨进行支撑，以使钢轨于基础平台上进行平滑移动；当钢轨移动至适宜位置后，通过夹持机构对钢轨进行夹紧定位，以便打磨头对钢轨的焊缝进行打磨处理。

可选的，所述夹持机构包括：夹持臂，于支撑台上沿第一方向间隔设置有两个；驱动件，设置在支撑台上，用于驱使两夹持臂移动，以使两夹持臂对钢轨进行夹紧和松放。

通过采用上述技术方案，当钢轨上的焊缝移动至打磨工位处后，设置的驱动件驱使两夹持臂移动，使得两夹持臂将钢轨夹持于当前位置处，即可方便打磨头对钢轨进行稳定打磨。

可选的，所述夹持机构包括：安装座，于支撑台上沿第一方向活动间隔设置有两个；定位座，设置于安装座上，其一端面与所述安装座弹性连接，相对端面朝向另一安装座，且相对端面用于按压钢轨侧面；定位臂，一端固设有用于供定位臂与定位座转动连接的转轴，相对端伸出定位座并用于贴合钢轨外轮廓上表面；调节组件，设置于支撑台上，用于驱使两安装座相互靠近和相互远离；锁定组件，用于对所述定位臂的转动进行锁定或放松。

通过采用上述技术方案，当钢轨受外部输送装置的输送而于基础平台上移动时，定位臂搭设于钢轨外轮廓的上表面，定位座贴合于钢轨侧壁，使得钢轨周侧防脱限制于夹紧装置中；而当钢轨移动至指定位置后，通过调节机构驱使两安装座相互靠近，使得安装座与相邻近的定位座相互靠拢抵紧，而后锁定组件对定位臂进行锁定，使得定位臂稳定的贴合于钢轨上，使得钢轨难以发生上下位移；而由于定位臂难以发生移动，使得定位座难以发生移动，从而使得钢轨侧壁受定位座稳定限位，使得钢轨难以发生横向晃动，从而实现钢轨的稳定锁止。

可选的，所述锁定组件包括：上按压头，设置在安装座上，用于按压定位臂上端面；侧支撑板，设置在安装座上，用于对定位臂靠近定位座的一端面进行支撑。

通过采用上述技术方案，设置的上按压定位臂上端面，而设置的侧支撑板对定位臂靠近定位座的一端面进行支撑，同时定位臂下端面贴合于钢轨的表面，使得定位臂受多角度的限制而难以发生移动，从而实现定位臂的稳定锁止。

可选的，所述安装座邻近定位座的侧面开设有半圆槽，所述侧支撑板为转动设置在半圆槽中的半圆板，所述侧支撑板的圆弧面与半圆槽内壁滑动贴合，所述侧支撑板的一水平端面用于支撑定位臂靠近定位座的一端面。

通过采用上述技术方案，当两个安装座受驱动而相互靠近时，安装座与其上的定位座相互聚拢，然后定位座上的定位臂逐渐靠近侧支撑板，直至定位臂的端面抵触侧支撑板，而由于侧支撑板远离定位臂的一端始终与半圆槽内壁贴合，使得侧支撑板在对定位臂的端面进行稳定承载限位。

可选的，所述转轴周侧固定有定位环，所述定位环外周面开设有若干定位槽，所述侧支撑板表面设置有电磁铁，所述安装座表面可升降滑移的设置有若干定位条；所述电磁铁能够受控制系统的控制而进行磁力调整，所述电磁铁能够磁吸定位条，并使定位条的一端插入所述定位槽。

通过采用上述技术方案，当侧支撑板抵触定位臂后，通过电磁铁能够磁吸定位条，并使定位条的一端插入定位槽中，从而使得定位环难以发生转动，进一步增强定位臂的锁止稳定性。

可选的，所述基础平台底部设置有多个驱动轮，所述基础平台设置有用于驱使所述驱动轮转动的驱动件。

通过采用上述技术方案，设置的驱动件能够驱使驱动轮转动，从而使得基础平台能够在厂区内进行位置调整。

本申请第二方面提供的一种钢轨焊缝粗打磨工艺采用如下的技术方案：

一种钢轨焊缝粗打磨工艺，基于第一方面所述的任一种钢轨焊缝粗打磨工位机器人，包括：通过导入夹紧组件对送入基础平台的钢轨进行夹持定位；确定钢轨上的焊缝的位置；通过控制系统控制多关节机械手进行姿态调整，将以使多关节机械手末端的打磨头移动至钢轨的焊缝处；通过控制系统控制打磨头对钢轨的焊缝进行打磨。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.设置的夹紧装置先将钢轨夹持定位于基础平台上，而后通过控制系统进行多关节机械手的姿态调节，使得电主轴上的刀具沿钢轨的焊缝轮廓轨迹进行焊缝的高效精细打磨，多组打磨头的共同作业下，于钢轨的两侧同步进行焊缝的打磨作业，既提高钢轨焊缝打磨质量的同时，还使得批量钢轨的焊缝打磨质量较高且较为统一；

2.在控制系统控制打磨头进行钢轨的打磨作业时，控制系统能够通过控制柔性力控法兰以及多关节机械手，而实现恒定柔性的打磨压力控制，实现打磨压力的调节，从而使得钢轨焊缝的打磨质量大幅提高；

3.通过调节机构驱使两安装座相互靠近，使得安装座与相邻近的定位座相互靠拢抵紧，而后锁定组件对定位臂进行锁定，使得定位臂稳定的贴合于钢轨上，使得钢轨难以发生上下位移；而由于定位臂难以发生移动，使得定位座难以发生移动，从而使得钢轨侧壁受定位座稳定限位，使得钢轨难以发生横向晃动，从而实现钢轨的稳定锁止。

附图说明

图1是本申请实施例一种钢轨焊缝粗打磨工位机器人的整体结构示意图；

图2是夹持机构以及支撑台的结构示意图；

图3是夹持机构的另一实施方式的结构示意图；

图4是安装座、定位臂、调节组件以及锁定组件的结构示意图；

图5是调节组件以及锁定组件的结构示意图；

图6是安装座以及侧支撑板的结构示意图。

附图标记：1、基础平台；11、驱动轮；2、多关节机械手；21、基座；22、关节臂；23、驱动电机；3、控制系统；4、打磨头；41、柔性力控法兰；42、电主轴；43、刀具；5、支撑台；6、导料辊；7、夹持机构；71、夹持臂；72、驱动件；73、安装座；731、水平段；732、竖直段；733、半圆槽；734、定位条；74、定位座；75、定位臂；76、调节组件；761、底板；762、双头螺纹杆；763、伺服电机；764、滑座；77、锁定组件；771、上按压头；772、侧支撑板；773、调节杆；774、电磁铁；775、触碰开关；78、弹簧；79、定位环；791、定位槽；8、打磨装置；a、第一方向；b、第二方向。

具体实施方式

以下结合附图1-6对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种钢轨焊缝粗打磨工位机器人。参照图1，钢轨焊缝粗打磨工位机器人包括基础平台1，基础平台1上设置有两组多关节机械手2、夹紧装置以及控制系统3。两组多关节机械手2沿第一方向a排列，每组包括至少一个多关节机械手2，多关节机械手2的末端设置有打磨头4。而夹紧装置位于两组多关节机械手2之间，夹紧装置用于对钢轨进行夹持，使钢轨在两组多关节机械手2之间沿第二方向b延伸，第二方向b与第一方向a相交。而控制系统3用于调节多关节机械手2的转动姿态、控制打磨头4运行、控制夹紧装置夹持钢轨。

具体的，参照图1，在本实施例中，多关节机械手2包括基座21以及多个关节臂22，多个关节臂22依次排列且收尾之间转动连接，且相邻两关节臂22之间的转动连接处设置有驱使关节臂22转动的驱动电机23。基座21底部通过螺栓固定于基础平台1上，而位于首端的关节臂22与基座21转动连接，位于末端的关节臂22与柔性力控法兰41相连接。

进一步的，打磨头4包括设置在多关节机械手2末端的柔性力控法兰41、设置在柔性力控法兰41远离多关节机械手2一端的电主轴42、可拆卸连接于电主轴42输出端的刀具43。柔性力控法兰41与控制系统3电连接，柔性力控法兰41包括柔性连接器、高精度数字力/位移传感器，柔性连接器连接多关节机械手2以及电主轴42。

加工时，通过控制系统3控制多关节机械手2以及打磨头4，依靠力、位移传感器进行分区域两端母材的焊缝探位，以使打磨后与母材圆顺过渡。打磨过程中，控制多关节机械手2仿人工打磨姿态，实现窄幅Z字形打磨路径无缝衔接。同时实现完全恒定柔性的打磨压力控制，并使压力根据实际可随时精确调整。此外，机器人上还设置有增加寻钢轨焊缝传感器、打磨后平顺度及打磨深度检测传感器，实现设备整机自动找寻钢轨焊缝自动定位、检测数据保存和上传。

进一步的，参照图1和图2，为实现对钢轨的稳定夹持，在本实施例中，夹紧装置包括支撑台5、导料辊6以及夹持机构7；支撑台5沿第二方向b间隔设置有多个，在本实施例中，支撑台5的数量设置为两个，在其他实施例中，支撑台5的数量还可以为三个、四个等。而导料辊6对应设置有两个，两导料辊6一一转动设置于对应的支撑台5上端面，且导料辊6的转动轴线与第一方向a相平齐，导料辊6圆周面用于支撑钢轨。而夹持机构7于每个支撑台5上均设置有两个，两夹持机构7沿第二方向b设置于导料辊6两侧，夹持机构7用于对钢轨进行夹紧和松放。

具体的，参照图2，在本实施例中，夹持机构7包括两夹持臂71以及两驱动件72，两夹持臂71于支撑台5上沿第一方向a间隔设置，两夹持臂71相向的一侧面均开设有适配导轨外轮廓凸沿的装夹槽。两驱动件72设置在支撑台5上并与两夹持臂71一一对应，驱动件72用于驱使夹持臂71移动，以使两夹持臂71对钢轨进行夹紧和松放。

在本实施例中，驱动件72选取为伺服电机763，伺服电机763的输出轴通过轴承与夹持臂71下端连接，伺服电机763输出端的转动轴线与第二方向b相平齐。在另一实施例中，驱动件72选取为液压缸，液压缸的活塞杆与夹持臂71下端固定连接，液压缸驱使夹持臂71沿第一方向a进行往复移动。

参照图3和图4，在另一实施例中，夹持机构7包括两安装座73、两定位座74、两定位臂75、调节组件76以及锁定组件77。调节组件76包括固定在支撑台5上的底板761、转动安装于底板761上的双头螺纹杆762、固定在底板761上用于驱使双头螺纹杆762转动的伺服电机763。双头螺纹杆762长度方向的两端的螺纹旋向相反，且双头螺纹杆762长度方向以及转动轴线均与第一方向a相一致。双头螺纹杆762长度方向的两端周侧均螺纹套设有滑座764，滑座764呈方块状，且滑座764下端面与底板761表面滑动贴合适配。

而两个安装座73于支撑台5上沿第一方向a活动间隔设置，且安装座73呈“L”形，其包括一体成型的水平段731以及竖直段732，两安装座73一一固定于两滑座764上。而两定位座74与两安装座73一一对应，且定位座74通过T型滑块滑动安装于安装座73的水平段731上，定位座74一端面与安装座73之间通过弹簧78进行弹性连接，定位座74的相对端面用于贴合钢轨侧面。而两定位臂75与两安装座73一一对应，定位臂75长度方向一端固定有转轴，转轴与定位座74转动连接，且转动轴线与第一方向a相一致，定位臂75长度方向的另一端伸出定位座74并用于贴合钢轨外轮廓上表面。

进一步的，参照图4和图5，锁定组件77包括上按压头771和侧支撑板772，上按压头771一端固定有调节杆773，调节杆773外周设置有螺纹，且调节杆773沿第一方向a螺纹贯穿安装座73的竖直段732，以通过调节杆773实现上按压头771安装位置的调节，方便上按压头771按压定位臂75上端面。

参照图5和图6，安装座73邻近定位座74的竖直段732侧面上开设有半圆槽733，侧支撑板772为转动设置在半圆槽733中的半圆板，侧支撑板772的圆弧面与半圆槽733内壁滑动贴合，侧支撑板772的一水平端面用于支撑定位臂75靠近定位座74的一端面，侧支撑板772与半圆槽733内壁的连接处设置有扭簧（图中未示出），扭簧用于驱使侧支撑板772在未受外力作用时趋于保持水平状态，以便定位臂75按压侧支撑板772的外侧面。

进一步的，转轴长度方向的两端周侧均固定有定位环79，定位环79外周面开设有若干定位槽791，多个定位槽791沿定位环79的周向均匀间隔分布。而侧支撑板772下表面嵌设有电磁铁774，侧支撑板772朝向定位臂75的一端面间隔内嵌有多个触碰开关775，触碰开关775的柔性触碰球头凸出侧支撑板772外表面1-5mm，触碰开关775以及电磁铁774均与控制系统3电信号连接。此外，安装座73表面沿第一方向a开设有多个容纳槽，容纳槽内可升降滑移的设置有定位条734。

当定位臂75与侧支撑板772相向的一面完全贴合时，多个触碰开关775均被定位臂75按压触碰，而后控制器控制电磁铁774运行并磁吸定位条734，然后定位条734的上端向上移动，从而使得定位条734的上端插入定位槽791中，实现对定位臂75的加强锁定。

为进一步提高钢轨的打磨效率，参照图1，在本实施例中，基础平台1上增设有用于对轨底焊缝进行直接打磨的打磨装置8。打磨装置8包括油压升降调节于基础平台上的打磨头4。当多个多关节机械手2端部的打磨头4在进行钢轨侧壁焊缝的打磨时，打磨装置在控制系统3的控制下同步进行钢轨轨底焊缝的打磨作业。

进一步的，为对打磨后产生的粉尘进行吸附处理，基础平台1上设置有除尘系统，除尘系统包括抽尘器，抽尘器的抽气端连接有抽气管道，以便抽尘器对空气中的漂浮粉尘进行过滤。

进一步的，基础平台1底部设置有多个驱动轮11，基础平台1设置有驱动件72，驱动件72通过齿轮传动结构驱使驱动轮11转动。对应的，厂区内需设置用于对基础平台1进行稳定承载的支撑基础、配套与驱动轮11适配的滑轨。需要说明的是，基础平台1整体呈长条板状，第一方向a与基础平台1的宽度方向相平齐，第二方向b与基础平台1的长度方向相平齐。

本申请实施例一种钢轨焊缝粗打磨工位机器人的实施原理为：设置的夹紧装置先将钢轨夹持定位于基础平台1上，而后通过控制系统3进行多关节机械手2的姿态调节，使得电主轴42上的刀具43沿钢轨的焊缝轮廓轨迹进行焊缝的高效精细打磨，多组打磨头4的共同作业并于钢轨的两侧同步进行焊缝的打磨作业，既提高钢轨焊缝打磨质量以及打磨效率的同时，还使得批量钢轨的焊缝打磨质量较高且较为统一。

本申请实施例还公开一种钢轨焊缝粗打磨工艺，基于上述的任一种钢轨焊缝粗打磨工位机器人。该钢轨焊缝粗打磨工艺包括：

通过夹紧装置对送入基础平台1的钢轨进行夹持定位；

确定钢轨上的焊缝的位置；

通过控制系统3控制多关节机械手2进行姿态调整，将以使多关节机械手2末端的打磨头4移动至钢轨的焊缝处；

通过控制系统3控制打磨头4对钢轨的焊缝进行打磨。

除非另作定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”、“第三”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则所述相对位置关系也可能相应地改变。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。