本實用新型屬于自動控制與拋光技術(shù)領(lǐng)域，具體說是一種能自動拋光的直角坐標(biāo)機(jī)器人裝置。

背景技術(shù)：

在拋光領(lǐng)域，國內(nèi)外都有針對該項工作的機(jī)器人產(chǎn)品，此類機(jī)器人主要由機(jī)器人本體、計算機(jī)和相應(yīng)控制系統(tǒng)組成，可做復(fù)雜的軌跡運(yùn)動。目前，國內(nèi)外的研究熱點和難點包括軌跡規(guī)劃、自動補(bǔ)償技術(shù)、拋光工藝分析、柔性拋光技術(shù)等。

國外拋光設(shè)備在很多技術(shù)指標(biāo)上確實領(lǐng)先國內(nèi)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(nèi)品牌雖然價格便宜很多，但在定位技術(shù)、運(yùn)動軌跡連續(xù)性、偏差補(bǔ)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(chǎn)。

針對這些問題，國內(nèi)外機(jī)器人生產(chǎn)廠家正在積極尋求解決辦法，努力突破技術(shù)瓶頸，同時必須降低設(shè)備的成本。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本實用新型的目的是提供一種拋光直角坐標(biāo)機(jī)器人，該機(jī)器人采用搖桿和激光傳感器進(jìn)行直接示教完成數(shù)據(jù)采集，MATLAB處理和優(yōu)化數(shù)據(jù)，PLC發(fā)出控制信息直接控制伺服電機(jī)驅(qū)動，實現(xiàn)軌跡精確再現(xiàn)。

本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種拋光直角坐標(biāo)機(jī)器人，其特征在于：該機(jī)器人包括PLC、伺服放大器、步進(jìn)驅(qū)動器、伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、氣動機(jī)械手、刀具、工件臺和工作臺，在工作臺上設(shè)有X軸、Y軸和Z軸，X軸、Y軸和Z軸均由絲桿和滑桿組成，且絲桿和滑桿立體設(shè)置并在端部固定連接，X軸與Y軸固定在工作臺上，Z軸垂直設(shè)置在X軸上并可由X軸絲桿帶動沿X軸滑桿滑動，Z軸上的絲桿沿Z軸滑桿滑動，Z軸滑桿帶動氣動機(jī)械手滑動；刀具置在氣動機(jī)械手上；在滑桿上設(shè)有接近開關(guān)；工件臺設(shè)置在工作臺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(jī)連接，通過步進(jìn)驅(qū)動器與步進(jìn)電機(jī)連接。

進(jìn)一步，在工作臺上設(shè)有刀具庫。PLC、步進(jìn)驅(qū)動器和伺服放大器設(shè)置在控制柜內(nèi)。

本實用新型由機(jī)械系統(tǒng)與控制系統(tǒng)組成。機(jī)械系統(tǒng)由滾珠絲杠運(yùn)動機(jī)構(gòu)、刀具庫和工作臺三個部分組成。利用三臺滾珠絲杠構(gòu)成三軸直角坐標(biāo)，分為X、Y、Z三軸。氣動機(jī)械手安裝于Z軸上，由氣動機(jī)械手夾持刀具，旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動控制刀具三維運(yùn)動，可以對工件進(jìn)行頂面和側(cè)面拋光。機(jī)器人采用搖桿和激光傳感器進(jìn)行直接示教，通過INTOUCH來完成數(shù)據(jù)采集，利用MATLAB處理和優(yōu)化數(shù)據(jù)，將擬合好的曲線分成若干個點傳給PLC，最后PLC直接控制伺服電機(jī)驅(qū)動，由壓力傳感器構(gòu)成全閉環(huán)系統(tǒng)，精確實現(xiàn)軌跡再現(xiàn)。

控制系統(tǒng)采用PC+PLC架構(gòu)，PC作為上位機(jī)，主要功能是實時顯示機(jī)器人狀態(tài)數(shù)據(jù)，控制信號輸入，對采集的示教數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合處理。PLC主要控制機(jī)器人本體的運(yùn)動，示教采集數(shù)據(jù)，執(zhí)行插補(bǔ)運(yùn)算，通過MODBUSTCP協(xié)議把機(jī)器人運(yùn)轉(zhuǎn)信息實時傳送給PC，也可以接收PC輸入的控制信號，并在PC和PLC之間傳輸示教數(shù)據(jù)和擬合處理后的數(shù)據(jù)。

(1)示教過程

用機(jī)器人代替人進(jìn)行作業(yè)時，必須預(yù)先對機(jī)器人發(fā)出指示，規(guī)定機(jī)器人進(jìn)行應(yīng)完成的動作和作業(yè)的具體內(nèi)容，這個過程就稱為對機(jī)器人的示教或?qū)C(jī)器人的編程。

首先通過手動搖桿和激光傳感器實現(xiàn)軌跡定位，INTOUCH采集數(shù)據(jù)并傳輸給PC，MATLAB將采集到的點擬合成曲線并優(yōu)化處理后的軌跡坐標(biāo)再通過傳回PLC，最后PLC控制伺服電機(jī)等進(jìn)行軌跡再現(xiàn)，完成示教過程。

(2)控制系統(tǒng)

控制部分主要以PLC為核心，PC機(jī)負(fù)責(zé)人機(jī)交互組態(tài)和MATLAB運(yùn)算，以伺服電機(jī)和氣缸相結(jié)合的方式驅(qū)動，配合先進(jìn)的通信技術(shù)，實現(xiàn)拋光機(jī)器人自動控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計。

控制好兩臺伺服電機(jī)和一臺步進(jìn)電機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)動，實現(xiàn)三維空間的精確定位、連續(xù)不規(guī)則軌跡運(yùn)動控制；設(shè)計工件實體面的圖形分析方法，可以形成控制器識別的運(yùn)動軌跡參數(shù)；研究設(shè)計運(yùn)動控制算法或者利用控制器自身的圓弧插補(bǔ)運(yùn)動控制算法，使運(yùn)動軌跡和設(shè)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(yōu)

示教系統(tǒng)首先通過手動搖桿和激光探頭進(jìn)行直接示教，PLC采集坐標(biāo)數(shù)據(jù)并傳輸給PC，MATLAB擬合曲線并優(yōu)化處理，得出精度更高的軌跡，PLC根據(jù)軌跡坐標(biāo)結(jié)合圓弧插補(bǔ)技術(shù)，控制伺服電機(jī)實現(xiàn)軌跡再現(xiàn)。

(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(xì)拋工藝流程。刀具的更換動作自動完成，能進(jìn)一步拋光過程的工作效率。

(3)三維立體拋光

設(shè)計三軸絲杠的直線運(yùn)動和工件臺的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，從而實現(xiàn)三維立體拋光。通過伺服電機(jī)的半閉環(huán)反饋和壓力傳感器的全閉環(huán)反饋，確保運(yùn)動機(jī)構(gòu)精度。

本實用新型通過配有伺服的機(jī)械裝置固定工具，來實現(xiàn)拋光工具的旋轉(zhuǎn)，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(jī)器人采用搖桿和激光傳感器進(jìn)行直接示教完成數(shù)據(jù)采集，MATLAB處理和優(yōu)化數(shù)據(jù)，PLC發(fā)出控制信息直接控制伺服電機(jī)驅(qū)動，實現(xiàn)軌跡精確再現(xiàn)。

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(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實用新型的正視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本實用新型的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進(jìn)一步說明:

參見圖1、圖2圖3及圖4，一種拋光直角坐標(biāo)機(jī)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(jìn)驅(qū)動器3、刀具庫4、伺服電機(jī)5、步進(jìn)電機(jī)6、操縱臺7、氣動機(jī)械手8、刀具9、工件臺10、工作臺16。在工作臺上設(shè)有X軸11、Y軸12和Z軸13，X軸、Y軸和Z軸均由絲桿14和滑桿15組成，且絲桿14和滑桿15立體設(shè)置并在端部固定連接；X軸與Y軸固定在工作臺上，Z軸垂直設(shè)置在X軸上并可由X軸的絲桿帶動沿X軸的滑桿滑動，Z軸絲桿沿Z軸滑桿滑動，Z軸的滑桿帶動氣動機(jī)械手8滑動。運(yùn)動滑塊上設(shè)有接近開關(guān)17，PLC通過伺服放大器與所述伺服電機(jī)連接，通過步進(jìn)驅(qū)動器與步進(jìn)電機(jī)連接。PLC、步進(jìn)驅(qū)動器和伺服放大器設(shè)置在控制柜內(nèi)。

PLC主要控制機(jī)器人本體的運(yùn)動，示教采集數(shù)據(jù)，執(zhí)行插補(bǔ)運(yùn)算，通過MODBUSTCP協(xié)議把機(jī)器人運(yùn)轉(zhuǎn)信息實時傳送給PC，也可以接收PC輸入的控制信號，并在PC和PLC之間傳輸示教數(shù)據(jù)和擬合處理后的數(shù)據(jù)，由PLC控制兩臺伺服放大器與一臺步進(jìn)驅(qū)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(shù)方案所作的改變，所產(chǎn)生的功能作用未超出本實用新型技術(shù)方案的范圍時，均屬于本實用新型的保護(hù)范圍。