本發明涉及一種用于打磨的機器人系統，具體涉及一種衛浴金屬件精密拋磨機器人系統。

背景技術：

隨著人們生活水平的逐漸提高，人們對水龍頭類衛浴金屬件的外觀表面質量要求越來越高，使得拋磨難度越來越大。然而，目前我國拋磨拋光加工主要以人工為主，人工拋磨效率低，拋磨精度差，而且產品均一性差，工人工作環境惡劣，難以實現自動化生產，已經成為打磨拋光行業進一步發展的瓶頸。因此，研究機器人自動拋磨系統具有重要應用意義，特別是研究如何通過力控制技術來實現精密拋磨。

公開號為CN103056759A的中國發明專利(一種基于傳感器反饋的機器人磨削系統)公布了一種用機器人持砂輪在固定工件上進行磨削的基于傳感器反饋的機器人磨削系統，包括檢測砂輪與工件之間的磨削力、工件輪廓的三維測量數據、以及砂輪的磨損程度，通過控制算法控制砂輪的進給速度和轉動速度，實現對工件表面的自動化磨削。公開號為CN105643399A的中國發明專利(基于柔順控制的機器人復雜曲面自動研拋系統及加工方法)也公布了一種機器人按照加工軌跡規劃程序文件驅動機器人運動，帶動安裝在機器人末端執行器的研拋刀具與加工表面接觸的加工方法。上述兩個專利適合拋磨表面較大且平緩的工件，對于尺寸較小且表面曲率較大的衛浴金屬件來說并不適合。

公開號為CN103692317A的中國發明專利(帶力反饋的砂帶機)提供了一種帶力反饋的砂帶機用于打磨五金件，所述力反饋組件通過檢測砂帶機安裝面板滑移量，來將砂帶所受到的張緊力反饋到控制中心。公開號為CN103786082A的中國發明專利(恒力磨削拋光工具系統)公布了一種具有換輪裝置的恒力磨削拋光工具系統，通過S型傳感器對工具頭法向力進行測量并與設定值進行比較，最終以數值反饋給計算機，經過控制低摩擦副氣缸進行力補償。上述兩個專利通過砂帶機進行力補償的方法由氣缸進行驅動，因此具有一定的延遲性，靈活性差，精度低。

技術實現要素：

本發明為解決衛浴金屬件人工拋磨過程存在效率低，拋磨精度差，產品均一性差，工人工作環境惡劣，難以實現自動化生產的問題，且現有的機器人持工件在砂帶機上拋磨技術中，一般是在砂帶機上進行力補償，存在延遲性，且精度差的問題，而提出一種衛浴金屬件精密拋磨機器人系統。

本發明的一種衛浴金屬件精密拋磨機器人系統，所述系統包括砂帶機和機器人持件裝置，砂帶機包括上滑塊、主動帶輪、被動帶輪、主支撐板、張緊力調整裝置、上導軌、下滑塊、下導軌、砂帶機電動機、砂帶機支架、上支板、下支板、砂帶和位置調整裝置，砂帶機電動機、上滑塊、下滑塊和張緊力調整裝置均安裝在主支撐板上，上滑塊與上導軌滑動連接，下滑塊與下導軌滑動連接，上導軌與下導軌上下平行設置，上導軌和下導軌均安裝在砂帶機支架上，被動帶輪與主動帶輪上下平行設置，且被動帶輪安裝在上支板上，主動帶輪安裝在下支板上，上支板和下支板均與主支撐板連接，砂帶纏繞在砂帶機電動機的主動軸、主動帶輪、被動帶輪和張緊力調整裝置上，位置調整裝置的一端固裝在主支撐板上，位置調整裝置的另一端固裝在砂帶機支架上，機器人持件裝置包括機器人基座、機器人控制柜、工業機器人、六維力傳感器組件和夾具，機器人控制柜和工業機器人均安裝在機器人基座上，六維力傳感器組件安裝在工業機器人的頭部，夾具安裝在六維力傳感器組件上，機器人持件裝置設置在砂帶機的被動帶輪和主動帶輪的前面。

進一步的，所述砂帶機電動機、主動帶輪、被動帶輪和張緊力調整裝置呈矩形布置。

進一步的，所述下滑塊包括下滑塊、固定塊、固定桿和氣缸，固定塊與下滑塊連接，固定塊固裝在主支撐板上，固定桿的一端與固定塊固接，固定桿的另一端與氣缸的活塞桿連接，氣缸的缸體安裝在砂帶機支架上。

進一步的，所述六維力傳感器組件包括法蘭連接板、法蘭盤和六維力傳感器，法蘭盤與六維力傳感器通過連接元件連接，法蘭盤與法蘭連接板通過連接元件連接。

進一步的，所述夾具包括連接管、螺栓和外螺紋連接頭，連接管的下端內壁設有通孔，連接管的下端端面設有凹槽，外螺紋連接頭設置在的凹槽中，螺栓穿過與通孔后與外螺紋連接頭的內孔螺紋連接，外螺紋連接頭的外徑表面設有外螺紋。

本發明與現有技術相比具有以下有益效果：

一、本發明使用六自由度串聯工業機器人持工件在砂帶機上進行打磨，且機器人采用末端安裝六維力傳感器來采集力信號，通過力位混合控制算法來實現機器人的主動力控制，從而保證精密拋磨，即獲得更好的拋磨表面粗糙度和光潔度。

二、本發明的砂帶機具有拋光和磨削作用。

三、本發明是針對衛浴潔具金屬件類小件產品拋磨的一種機器人砂帶拋磨系統。

附圖說明

圖1是本發明的整體結構立體圖；

圖2是本發明的整體結構主視圖；

圖3是砂帶機A的俯視圖；

圖4是六維力傳感器組件4和夾具5的剖視圖；

圖5是工業機器人3的主動力控制原理圖(圖中標記23-計算機、21-直流電源、22-放大器)；

圖6是工業機器人3的主動力控制拋磨流程圖。

具體實施方式

具體實施方式一：結合圖1～圖3說明本實施方式，本實施方式包括砂帶機A和機器人持件裝置B，砂帶機A包括上滑塊6、主動帶輪7、被動帶輪8、主支撐板9、張緊力調整裝置10、上導軌11、下滑塊12、下導軌13、砂帶機電動機14、砂帶機支架15、上支板16、下支板17、砂帶18和位置調整裝置20，砂帶機電動機14、上滑塊6、下滑塊12和張緊力調整裝置10均安裝在主支撐板9上，上滑塊6與上導軌11滑動連接，下滑塊12與下導軌13滑動連接，上導軌11與下導軌13上下平行設置，上導軌11和下導軌13均安裝在砂帶機支架15上，被動帶輪8與主動帶輪7上下平行設置，且被動帶輪8安裝在上支板16上，主動帶輪7安裝在下支板17上，上支板16和下支板17均與主支撐板9連接，砂帶18纏繞在砂帶機電動機14的主動軸、主動帶輪7、被動帶輪8和張緊力調整裝置10上，位置調整裝置20的一端固裝在主支撐板9上，位置調整裝置20的另一端固裝在砂帶機支架15上，機器人持件裝置B包括機器人基座1、機器人控制柜2、工業機器人3、六維力傳感器組件4和夾具5，機器人控制柜2和工業機器人3均安裝在機器人基座1上，六維力傳感器組件4安裝在工業機器人3的頭部，夾具5安裝在六維力傳感器組件4上，機器人持件裝置B設置在砂帶機A的被動帶輪8和主動帶輪7的前面。

工業機器人3和張緊力調整裝置10均為現有技術。砂帶機支架15通過地腳螺釘連接在地面上。主支撐板9由下滑塊12驅動并沿導軌滑動，使得主支撐板9能夠穩定的被動力控制。砂帶18在張緊力調整裝置10的氣缸收回時松弛地安裝上去，并在張緊力調整裝置10的氣缸伸出時保持張緊狀態。砂帶機電動機14驅動主動帶輪7轉動，并驅使砂帶18在各個帶輪之間高速纏繞運動。當機器人帶著衛浴金屬件19靠近砂帶18表面時，就發生切削拋磨運動，從而去除表面材料，獲得較好的表面粗糙度和光潔度。

具體實施方式二：結合圖1和與2說明本實施方式，本實施方式為砂帶機電動機14、主動帶輪7、被動帶輪8和張緊力調整裝置10呈矩形布置。其它組成及連接關系與具體實施方式一相同。

具體實施方式三：結合圖1說明本實施方式，本實施方式為位置調整裝置20包括固定塊20-1、固定桿20-2和氣缸20-3，固定桿20-2的一端與固定塊20-1固接，固定桿20-2的另一端與氣缸20-3的活塞桿連接，氣缸20-3的缸體安裝在砂帶機支架15上，固定塊12-2固裝在主支撐板9上。其它組成及連接關系與具體實施方式一或二相同。

具體實施方式四：結合圖4說明本實施方式，本實施方式為六維力傳感器組件4包括法蘭連接板4-1、法蘭盤4-2和六維力傳感器4-3，法蘭盤4-2與六維力傳感器4-3通過連接元件連接，法蘭盤4-2與法蘭連接板4-1通過連接元件連接。其它組成及連接關系與具體實施方式三相同。

具體實施方式五：結合圖4說明本實施方式，本實施方式為夾具5包括連接管5-1、螺栓5-2和外螺紋連接頭5-3，連接管5-1的下端內壁設有通孔5-1-1，連接管5-1的下端端面設有凹槽5-1-2，外螺紋連接頭5-3設置在的凹槽5-1-2中，螺栓5-2穿過與通孔5-1-1后與外螺紋連接頭5-3的內孔螺紋連接，外螺紋連接頭5-3的外徑表面設有外螺紋5-3-1。外螺紋5-3-1用于與衛浴金屬件19連接。其它組成及連接關系與具體實施方式一、二或四相同。

本發明的工作原理：

該機器人自動拋磨系統可分為兩個子控制系統，即被動力控制系統和主動力控制系統。被動力控制系統主要是由砂帶機18及其控制柜組成，并通過位置調整裝置12的作用，利用位置調整裝置12上的氣缸具有的緩沖作用來減少拋磨沖擊并獲得一定的被動力控制；而主動力控制系統則包括了六自由度串聯工業機器人及其控制柜，六維力傳感器及其控制器、夾具5和計算機23。

六自由度串聯工業機器人與計算機23之間通過Modbus TCP/IP協議來進行實時通訊和控制。而六維力傳感器與計算機之間通過UDP/IP協議進行高達7000HZ的實時通訊，保證了力信號反饋和采集的實時性。其通訊結構如圖5所示。

工業機器人的核心算法主要體現工業機器人的運動控制和力控制：

工業機器人的運動控制算法是在工業機器人的腳本編程語言URScript上實現的。當工業機器人與上位機之間通過Modbus TCP/IP協議建立通訊以后，就可以給定運動模式、目標位置、目標速度和目標加速度，然后實現機器人的運動控制。

而工業機器人的力控制算法，則時依靠轉換六維力傳感器反饋回來的力信號來控制工業機器人的運動來實現。通過在計算機上編寫工業機器人的上位機程序，然后給定工業機器人的打磨軌跡和期望打磨力之后，在工業機器人打磨的過程中實時采集六維力傳感器的力信號，并通過力位混合控制算法將力的偏差轉換成機器人的運動速度控制，從而進行機器人拋磨的力閉環控制,進而獲得更好的拋磨表面粗糙度和光潔度，實現精密拋磨。

具體實施步驟如圖6所示：

步驟一、準備拋磨階段：程序開始運行時，針對相應的衛浴金屬件19模型，輸入機器人拋磨軌跡{X_i0}和期望法向拋磨力{F_ni0}；啟動砂帶機運動，同時實時采集六維力傳感器的力信號。

步驟二、開始拋磨階段：工業機器人3開始靠近砂帶18，前探到拋磨當前位置X_i進行拋磨；當工業機器人3法向拋磨力F_ni首次大于期望法向拋磨力F_ni0的時候，開始拋磨計時T_i然后進入力控制算法；

步驟三、恒力拋磨階段：工業機器人3通過力位混合控制算法將力的偏差轉換成機器人的法向運動速度V_ni的控制，同時繼續檢測拋磨力，并實時同步調整；

步驟四、繼續拋磨階段：拋磨計時T_i達到設置的拋磨定時T_i0時，拋磨當前位置X_i結束,并轉動到拋磨下一個位置X_i+1繼續拋磨。如此進行，直到完成整個衛浴金屬件19表面的拋磨；

步驟五、結束拋磨階段：檢測衛浴金屬件19拋磨表面粗糙度，若是達到拋磨精度要求，則衛浴金屬件19拋磨則結束，否則調整拋磨定時T_ij0，繼續步驟二～步驟四重新拋磨，直到滿足拋磨精度要求。