一种恒力研磨控制系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种恒力研磨控制系统，该系统主要包括机器人、研磨机、精密直线运动模组、交流伺服电机、压力传感器及工业计算机等，所述交流伺服电机和精密直线运动模组带动研磨机进行浮动位移，所述机器人按照预先编制好的运行程序，带动工件在浮动的研磨机上不断研磨，使期间研磨力可控制在期望研磨力附近，并通过压力传感器将实际研磨力信号传输至工业计算机，所述工业计算机采用了卡尔曼滤波对噪声进行处理，采用模糊控制算法实现恒力磨削。本实用新型专利技术的恒力研磨控制系统可明显改善研磨质量，传感系统采用高效实时控制系统，可实现对研磨力信号的毫秒级的实时数据采集，并实时控制交流伺服电机带动砂盘做上下位移实现恒力研磨。

【技术实现步骤摘要】
一种恒力研磨控制系统
本技术涉及机器人研磨加工与控制工程领域，特别涉及一种研磨加工过程研磨力稳定在期望值附近的研磨控制系统。
技术介绍
传统制造行业，抛光研磨是最基础的一道工序，但是其成本占到总成本的30％。研磨抛光件不但品种繁多而且绝大部分外观复杂，通常工业研磨抛光作业均由人工操作完成，作业劳动强度大，工作效率低，作业环境极差。市场对少部分规则工件研发的抛光研磨专机仅能完成单一的工艺任务，基本完成不了除原始工艺之外的其他任务，开发过程繁琐且柔性利用性很差，成本昂贵。机器人研磨抛光有如下优点：(1)提高研磨质量和产品光洁度，保证其一致性；(2)提高生产率；(3)改善工人劳动条件，可在有害环境下长期工作；(4)降低对工人操作技术的要求；(5)缩短产品改型换代的周期，减少相应的设备投资；(6)可再开发性，用户可根据不同样件进行二次编程。
技术实现思路
本技术的目的在于解决人工研磨产品表面质量不高与效率低的问题，提供一种恒力研磨控制系统，采用此装置可进行机器人恒力研磨的研究，包括机械主体的设计、控制技术、和滤波器设计，从而达到研磨过程中研磨力稳定在期望研磨力附近，改善工件表面质量并提高加工效率。为实现以上目的，本技术采取如下技术方案：一种恒力研磨控制系统，包括：机械主体、交流伺服驱动机构、以及控制模块；所述机械主体包括手动示教器、机器人、以及研磨机构，所述机器人和研磨机构固定在同一平板底座上；所述手动示教器用于编制所述机器人的运动轨迹；所述机器人的末端执行器上设置专用夹具，夹持工件做特定轨迹运动；所述交流伺服驱动机构用于控制研磨机构的电机转动速度；所述研磨机构包括研磨平台、压力传感器、伺服运动机构、以及辅助部件；所述辅助部件包括滑轮组和对重块，通过滑轮组和对重块平衡研磨平台的大部分重量；所述研磨平台设置有定速转动的研磨盘，所述研磨盘用于机器人夹持工件做恒力研磨；所述伺服运动机构用于控制研磨平台在竖直方向上的位移；所述压力传感器用于检测研磨平台在竖直方向上受到的压力信号，并将所述压力信号传输给控制模块，所述控制模块对检测到的间接研磨力与期望研磨力之间的偏差信号和研磨过程中噪声信号做出相应处理，采用模糊控制算法对工件实现恒力磨削。作为优选的技术方案，所述研磨机构包括研磨平台、压力传感器、伺服运动机构、以及辅助部件；所述辅助部件包括平板底座、T型支架、滑轮组、细绳、以及对重块；所述伺服运动机构包括直线导轨、直线运动模组、联轴器、以及第一交流伺服电机；所述研磨平台包括研磨盘、第二交流伺服电机、以及电机支架；所述机器人通过螺栓连接机器人底座并固定在平板底座上，所述T型支架与平板底座由若干个螺栓连接固定，所述T型支架设有尺寸为420*500*660mm的竖直钢板；在所述竖直钢板的侧平面上安装直线运动模组，在直线运动模组的上部安装联轴器，所述联轴器连接第一交流伺服电机；所述第二交流伺服电机固定在倒置的电机支架上，第二交流伺服电机上部与研磨盘通过键槽相连，从而驱动研磨盘做定速旋转，共同组成研磨平台；所述研磨平台的电机支架的侧面并排连接压力传感器和直线导轨的一端，压力传感器和直线导轨的另一端连接直线运动模组，具体是：所述压力传感器一端连接电机支架，另一端连接直线运动模组的滑块，所述直线导轨包括导轨和导轨滑块，所述直线导轨的导轨滑块连接电机支架，与导轨滑块配套的导轨连接直线运动模组的滑块；所述第一交流伺服电机通过驱动直线运动模组，直线运动模组通过直线导轨带动研磨平台在竖直方向进行位移；所述竖直钢板上部安装滑轮组，所述对重块与研磨平台通过细绳相连接，细绳绕在滑轮组上，对重块质量与研磨平台质量相当；在研磨平台未受到外力时保证压力传感器示数趋近于0。作为优选的技术方案，所述交流伺服驱动机构包括第一交流伺服电机驱动器和第二交流伺服电机驱动器；所述第一交流伺服电机和第二交流伺服电机的光电编码器均分别通过伺服驱动器上的标准化接口CN2端子与第一交流伺服电机驱动器和第二交流伺服电机驱动连接；所述第一交流伺服电机驱动器工作在位置控制模式，通过外部输入的脉冲的频率来确定所述第一交流伺服电机转动速度的大小，通过脉冲的个数来确定转动的角度，同时控制第一交流伺服电机的输出脉冲，并输出第一交流伺服电机的光电编码器当前值；所述第二交流伺服电机驱动器工作在速度控制模式，通过脉冲的频率进行转动速度的控制，控制第二交流伺服电机的脉冲输出频率，达到速度控制的目的。作为优选的技术方案，所述控制模块包括控制器、耦合器、模拟量输入模块、数字量输入模块、数字量输出模块、以及单通道运算放大器；所述控制器采用安装有德国倍福的实时控制软件TwinCAT的工业计算机，通过以太网线与耦合器通讯；所述耦合器用于控制模拟量输入模块、数字量输入模块和数字量输出模块，最小采样周期为1毫秒；所述单通道运算放大器将压力传感器输出的电荷信号转换为与之对应的±5v模拟量电压信号，由模拟量输入模块A/D转换后输入所述的工业计算机；所述数字量输入模块用于将机器人诊断信号输入所述的工业计算机，所述机器人诊断信号为检测机器人是否故障和是否运动的信号；所述数字量输出模块用于将远程控制机器人开关机以及紧急停止操作的数字信号输出到机器人控制柜中的I/O接口。作为优选的技术方案，所述手动示教器设置机器人控制柜，控制机器人运动轨迹的指令通过机器人控制柜传递给机器人。作为优选的技术方案，所述压力传感器采用微小S型压力传感器，量程为5kg，输出为-5～5V电压信号，灵敏度为2.0±0.1mv/V，密封等级为IP66。作为优选的技术方案，所述机器人采用丹麦生产的协作机器人UR5，具体为六自由度机器人，通过螺栓连接在机器人底座并最终固定在平板底座上。作为优选的技术方案，所述控制模块的软件包括实时模块与非实时模块，所述非实时模块采用MicrosoftVisualStudio2010平台开发，用于完成人机交互功能，包括设置期望研磨力、显示与存储研磨力信号与伺服电机脉冲信号、设置采样周期，启动和停止控制系统运行；所述实时模块基于德国倍福TwinCAT软件的实时核上，采用可编程序控制器编程语言的国际标准IEC61131-3开发，用于采集输入信号、发出数字输出信号、以及编制控制算法程序，所述输入信号包括压力传感器输入信号和数字输入信号。本技术相对于现有技术具有如下的优点和效果：(1)本技术采用一维力传感器，成本低且测力精确，相比其他恒力装置采用六维力传感本技术更简单可靠。(2)本技术通过配重系统使研磨机大部分重量被平衡，可选用小量程高精度传感器。(3)本技术控制器的实时模块运行于德国倍福TwinCAT软件的实时核上，结合高速工业以太网总线EtherCAT通讯系统，控制系统采样周期最小可达到1毫秒。附图说明图1是本技术恒力研磨控制系统的框图示意图；图2(a)和图2(b)是本技术恒力研磨控制系统的机械主体的结构示意图；其中图2(a)为手动示教器示意图；图2(b)为机器人和研磨机构示意图；附图标记：1—工业机器人UR5，2—夹具，3—工件，4—联轴器，5—交流伺服电机，6—滑轮，7—细绳，8—对重块，9—交流伺服电机，10—电机架，11—研磨盘，12—S型压力传感器，13—直线导轨，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种恒力研磨控制系统，其特征在于，包括：机械主体、交流伺服驱动机构、以及控制模块；所述机械主体包括手动示教器、机器人、以及研磨机构，所述机器人和研磨机构固定在同一平板底座上；所述手动示教器用于编制所述机器人的运动轨迹；所述机器人的末端执行器上设置专用夹具，夹持工件做特定轨迹运动；所述交流伺服驱动机构用于控制研磨机构的电机转动速度；所述研磨机构包括研磨平台、压力传感器、伺服运动机构、以及辅助部件；所述辅助部件包括滑轮组和对重块，通过滑轮组和对重块平衡研磨平台的大部分重量；所述研磨平台设置有定速转动的研磨盘，所述研磨盘用于机器人夹持工件做恒力研磨；所述伺服运动机构用于控制研磨平台在竖直方向上的位移；所述压力传感器用于检测研磨平台在竖直方向上受到的压力信号，并将所述压力信号传输给控制模块，所述控制模块对检测到的间接研磨力与期望研磨力之间的偏差信号和研磨过程中噪声信号做出相应处理，采用模糊控制算法对工件实现恒力磨削。

【技术特征摘要】
1.一种恒力研磨控制系统，其特征在于，包括：机械主体、交流伺服驱动机构、以及控制模块；所述机械主体包括手动示教器、机器人、以及研磨机构，所述机器人和研磨机构固定在同一平板底座上；所述手动示教器用于编制所述机器人的运动轨迹；所述机器人的末端执行器上设置专用夹具，夹持工件做特定轨迹运动；所述交流伺服驱动机构用于控制研磨机构的电机转动速度；所述研磨机构包括研磨平台、压力传感器、伺服运动机构、以及辅助部件；所述辅助部件包括滑轮组和对重块，通过滑轮组和对重块平衡研磨平台的大部分重量；所述研磨平台设置有定速转动的研磨盘，所述研磨盘用于机器人夹持工件做恒力研磨；所述伺服运动机构用于控制研磨平台在竖直方向上的位移；所述压力传感器用于检测研磨平台在竖直方向上受到的压力信号，并将所述压力信号传输给控制模块，所述控制模块对检测到的间接研磨力与期望研磨力之间的偏差信号和研磨过程中噪声信号做出相应处理，采用模糊控制算法对工件实现恒力磨削。2.根据权利要求1所述的恒力研磨控制系统，其特征在于，所述研磨机构包括研磨平台、压力传感器、伺服运动机构、以及辅助部件；所述辅助部件包括平板底座、T型支架、滑轮组、细绳、以及对重块；所述伺服运动机构包括直线导轨、直线运动模组、联轴器、以及第一交流伺服电机；所述研磨平台包括研磨盘、第二交流伺服电机、以及电机支架；所述机器人通过螺栓连接机器人底座并固定在平板底座上，所述T型支架与平板底座由若干个螺栓连接固定，所述T型支架设有尺寸为420*500*660mm的竖直钢板；在所述竖直钢板的侧平面上安装直线运动模组，在直线运动模组的上部安装联轴器，所述联轴器连接第一交流伺服电机；所述第二交流伺服电机固定在倒置的电机支架上，第二交流伺服电机上部与研磨盘通过键槽相连，从而驱动研磨盘做定速旋转，共同组成研磨平台；所述研磨平台的电机支架的侧面并排连接压力传感器和直线导轨的一端，压力传感器和直线导轨的另一端连接直线运动模组，具体是：所述压力传感器一端连接电机支架，另一端连接直线运动模组的滑块，所述直线导轨包括导轨和导轨滑块，所述直线导轨的导轨滑块连接电机支架，与导轨滑块配套的导轨连接直线运动模组的滑块；所述第一交流伺服电机通过驱动直线运动模组，直线运动模组通过直线导轨带动研磨平台在竖直方向进行位移；所述竖直钢板上部安装滑轮组，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张铁，蔡超，邹焱飚，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：广东,44