拋光直角坐標機器人的製作方法

2023-05-17 10:36:21

本實用新型屬於自動控制與拋光技術領域，具體說是一種能自動拋光的直角坐標機器人裝置。

背景技術：

在拋光領域，國內外都有針對該項工作的機器人產品，此類機器人主要由機器人本體、計算機和相應控制系統組成，可做複雜的軌跡運動。目前，國內外的研究熱點和難點包括軌跡規劃、自動補償技術、拋光工藝分析、柔性拋光技術等。

國外拋光設備在很多技術指標上確實領先國內水平，但也存在著價格高昂以致不能全面推廣的突出問題。國內品牌雖然價格便宜很多，但在定位技術、運動軌跡連續性、偏差補償、可靠性、工作壽命等方面有較大缺陷，也很難普遍投入生產。

針對這些問題，國內外機器人生產廠家正在積極尋求解決辦法，努力突破技術瓶頸，同時必須降低設備的成本。

技術實現要素：

針對上述現有技術中的不足，本實用新型的目的是提供一種拋光直角坐標機器人，該機器人採用搖杆和雷射傳感器進行直接示教完成數據採集，MATLAB處理和優化數據，PLC發出控制信息直接控制伺服電機驅動，實現軌跡精確再現。

本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的：

一種拋光直角坐標機器人，其特徵在於：該機器人包括PLC、伺服放大器、步進驅動器、伺服電機、步進電機、氣動機械手、刀具、工件臺和工作檯，在工作檯上設有X軸、Y軸和Z軸，X軸、Y軸和Z軸均由絲杆和滑杆組成，且絲杆和滑杆立體設置並在端部固定連接，X軸與Y軸固定在工作檯上，Z軸垂直設置在X軸上並可由X軸絲杆帶動沿X軸滑杆滑動，Z軸上的絲杆沿Z軸滑杆滑動，Z軸滑杆帶動氣動機械手滑動；刀具置在氣動機械手上；在滑杆上設有接近開關；工件臺設置在工作檯上且與刀具位置相適配；所述PLC通過伺服放大器與所述伺服電機連接，通過步進驅動器與步進電機連接。

進一步，在工作檯上設有刀具庫。PLC、步進驅動器和伺服放大器設置在控制櫃內。

本實用新型由機械系統與控制系統組成。機械系統由滾珠絲槓運動機構、刀具庫和工作檯三個部分組成。利用三臺滾珠絲槓構成三軸直角坐標，分為X、Y、Z三軸。氣動機械手安裝於Z軸上，由氣動機械手夾持刀具，旋轉軸轉動控制刀具三維運動，可以對工件進行頂面和側面拋光。機器人採用搖杆和雷射傳感器進行直接示教，通過INTOUCH來完成數據採集，利用MATLAB處理和優化數據，將擬合好的曲線分成若干個點傳給PLC，最後PLC直接控制伺服電機驅動，由壓力傳感器構成全閉環系統，精確實現軌跡再現。

控制系統採用PC+PLC架構，PC作為上位機，主要功能是實時顯示機器人狀態數據，控制信號輸入，對採集的示教數據進行擬合處理。PLC主要控制機器人本體的運動，示教採集數據，執行插補運算，通過MODBUSTCP協議把機器人運轉信息實時傳送給PC，也可以接收PC輸入的控制信號，並在PC和PLC之間傳輸示教數據和擬合處理後的數據。

(1)示教過程

用機器人代替人進行作業時，必須預先對機器人發出指示，規定機器人進行應完成的動作和作業的具體內容，這個過程就稱為對機器人的示教或對機器人的編程。

首先通過手動搖杆和雷射傳感器實現軌跡定位，INTOUCH採集數據並傳輸給PC，MATLAB將採集到的點擬合成曲線並優化處理後的軌跡坐標再通過傳回PLC，最後PLC控制伺服電機等進行軌跡再現，完成示教過程。

(2)控制系統

控制部分主要以PLC為核心，PC機負責人機互動組態和MATLAB運算，以伺服電機和氣缸相結合的方式驅動，配合先進的通信技術，實現拋光機器人自動控制系統的硬體和軟體設計。

控制好兩臺伺服電機和一臺步進電機協調運動，實現三維空間的精確定位、連續不規則軌跡運動控制；設計工件實體面的圖形分析方法，可以形成控制器識別的運動軌跡參數；研究設計運動控制算法或者利用控制器自身的圓弧插補運動控制算法，使運動軌跡和設定軌跡吻合度更高。

實用新型具有以下突出的有益效果：

(1)拋光軌跡最優

示教系統首先通過手動搖杆和雷射探頭進行直接示教，PLC採集坐標數據並傳輸給PC，MATLAB擬合曲線並優化處理，得出精度更高的軌跡，PLC根據軌跡坐標結合圓弧插補技術，控制伺服電機實現軌跡再現。

(2)拋光過程全自動化

能按照加工工藝要求從刀具庫選取不同刀具，分別完成粗拋、細拋工藝流程。刀具的更換動作自動完成，能進一步拋光過程的工作效率。

(3)三維立體拋光

設計三軸絲槓的直線運動和工件臺的旋轉運動，從而實現三維立體拋光。通過伺服電機的半閉環反饋和壓力傳感器的全閉環反饋，確保運動機構精度。

本實用新型通過配有伺服的機械裝置固定工具，來實現拋光工具的旋轉，從而完成對工具面面交接處的精密拋光，保證其滿足工藝要求。機器人採用搖杆和雷射傳感器進行直接示教完成數據採集，MATLAB處理和優化數據，PLC發出控制信息直接控制伺服電機驅動，實現軌跡精確再現。

附圖說明

圖1是本實用新型的原理示意圖；

圖2是本實用新型的結構示意圖；

圖3為本實用新型的正視結構示意圖；

圖4為本實用新型的俯視結構示意圖；

具體實施方式

下面結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明:

參見圖1、圖2圖3及圖4，一種拋光直角坐標機器人裝置，包括PLC1(型號匯川AM600)、伺服放大器2(型號匯川ISMH1)、步進驅動器3、刀具庫4、伺服電機5、步進電機6、操縱臺7、氣動機械手8、刀具9、工件臺10、工作檯16。在工作檯上設有X軸11、Y軸12和Z軸13，X軸、Y軸和Z軸均由絲杆14和滑杆15組成，且絲杆14和滑杆15立體設置並在端部固定連接；X軸與Y軸固定在工作檯上，Z軸垂直設置在X軸上並可由X軸的絲杆帶動沿X軸的滑杆滑動，Z軸絲杆沿Z軸滑杆滑動，Z軸的滑杆帶動氣動機械手8滑動。運動滑塊上設有接近開關17，PLC通過伺服放大器與所述伺服電機連接，通過步進驅動器與步進電機連接。PLC、步進驅動器和伺服放大器設置在控制櫃內。

PLC主要控制機器人本體的運動，示教採集數據，執行插補運算，通過MODBUSTCP協議把機器人運轉信息實時傳送給PC，也可以接收PC輸入的控制信號，並在PC和PLC之間傳輸示教數據和擬合處理後的數據，由PLC控制兩臺伺服放大器與一臺步進驅動器完成三維立體拋光。

以上是本實用新型的較佳實施例，凡依本實用新型技術方案所作的改變，所產生的功能作用未超出本實用新型技術方案的範圍時，均屬於本實用新型的保護範圍。