螺旋锥齿轮全角度柔性打磨机器装置、打磨方法及系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种螺旋锥齿轮全角度柔性打磨机器装置、打磨方法及系统，本发明专利技术通过工业机器人和工业相机相组合的自动化打磨设备，在工业机器人打磨齿轮的基础上，根据齿轮工件三维数模离线规划机器人打磨轨迹程序，再利用工业相机测量齿轮工件上定位特征点的三维信息，对齿轮工件进行精准定位，可实现螺旋锥齿轮全角度柔性打磨工作的精准实施，弥补了工业机器人示教打磨方式的过程繁琐和打磨精度低的问题，降低了打磨工作的成本，提高了打磨工作的效率和质量，可广泛应用于工业机器人技术领域和齿轮打磨工程领域。领域和齿轮打磨工程领域。领域和齿轮打磨工程领域。

Spiral bevel gear full angle flexible grinding machine device, grinding method and system

【技术实现步骤摘要】
螺旋锥齿轮全角度柔性打磨机器装置、打磨方法及系统


[0001]本专利技术涉及工业机器人和机械自动化
，具体涉及一种螺旋锥齿轮全角度柔性打磨机器装置、打磨方法及系统。

技术介绍

[0002]目前我国齿轮企业仍然普遍采用人工手持打磨工具加工齿轮凹凸两面齿顶线的方式，这种齿轮件的大面积材料加工工作劳动强度大、污染严重，对工人的身心健康影响巨大，且效率低下，大大限制企业生产效率和车间安全水平。随着劳动力成本的不断增加，以及工业机器人在企业中的应用日益广泛，利用工业机器人进行自动化齿轮件打磨必将成为今后国内外铸造行业的主流趋势，因此必须通过改变当前齿顶线加工方式，以提高齿顶线加工工作效率和工作质量，保证安全、高效的工作方式。
[0003]工业机器人自动打磨技术属于先进的齿轮加工技术，该技术在企业中的使用和推广可以大大改善工人的工作强度和工作环境，降低工人的安全风险。同时，加工出的齿轮件通常属于大批量的标准件，齿轮件自动打磨技术可以为企业提供长时间高效率的劳动力，减小企业成本。
[0004]我国的齿轮加工业市场广大，随着工业机器人技术的越发成熟以及其应用的日益广泛，自动化齿轮件打磨机器人代替人工打磨方式只是时间问题。与人工打磨相比，基于工业机器人的自动化打磨具有以下优点：
[0005](1)操作简单，劳动强度低。对于一种标准化的齿轮件，只需将工业机器人和打磨工具通过示教与视觉相结合的方式进行一次打磨路径规划，之后便可实现长时间大批量的自动化打磨，打磨过程中不需要人工干预，工人只需负责打磨系统的监管和维护，保证系统的正常运行即可，因此可以将工人从脏乱、繁重的打磨工作中解脱出来。
[0006](2)工作效率更高。基于工业机器人的自动化打磨系统除定期的维护保养之外，可以实现24小时不间断工作，且机器人的力量更大，可以实现人工打磨难以满足的大功率、大去除量的打磨任务。
[0007](3)打磨质量更好。机器人打磨可以对打磨过程中砂轮的磨削力和打磨情况进行实时监控，可以实现恒力打磨、恒厚度打磨等多种打磨方式，其打磨路径具有极高的定位精度，更容易控制打磨质量，减少了人工技术差异、主观能动性差别等造成的质量差异。
[0008]因此越来越多的齿轮加工企业开始寻求借助自动化设备来进行繁重的打磨作业。对各类型的齿轮件进行自动化打磨，不仅可以给企业带来更好的产品质量和效益，还可以有效保障劳动者的安全生产权力，也更加符合新旧动能转换的发展趋势和制造业的高质量发展需求。

技术实现思路

[0009]本专利技术所要解决的问题是：提供一种螺旋锥齿轮全角度柔性打磨机器装置、打磨方法及系统，在工业机器人打磨齿轮的基础上，根据齿轮工件三维数模规划机器人打磨轨
迹，利用工业相机测量齿轮工件上定位特征点的三维信息，对齿轮工件精准定位，可实现螺旋锥齿轮全角度柔性打磨工作的精准进行，弥补了工业机器人示教打磨方式的过程繁琐和打磨精度低的问题，降低了打磨工作的成本，提高了打磨工作的效率和质量。
[0010]本专利技术为解决上述问题所提供的技术方案为：一种螺旋锥齿轮全角度柔性打磨机器装置，包括
[0011]工业机器人，搭设于螺旋锥齿轮打磨现场，并与人机交互操控台连接，用于接收人机交互操作台发出的控制信号和打磨轨迹信息，并将其接收到的控制信号和轨迹信息对齿轮工件进行自动化打磨工作；
[0012]工业相机，设置在齿轮工件摆放的上方，所述工业相机与图像处理机连接，用于拍摄齿轮工件定位特征点图像，并将所述齿轮工件定位特征点图像发送至图像处理机；
[0013]图像处理机，用于根据所述齿轮工件定位特征点图像计算所述齿轮工件定位特征点坐标以及夹紧卡盘和齿轮工件的相对位姿信息；
[0014]人机交互操控台，分别连接所述工业机器人和所述图像处理机，用于接收所述图像处理机的数据，根据所述图像处理机的数据控制夹紧卡盘和齿轮工件的精准定位；根据所述工业机器人打磨过程规划出控制信息和所述齿轮工件数模规划出打磨路径信息，并且将所述控制信息和所述打磨路径信息传输至所述工业机器人；
[0015]打磨机，固定在所述工业机器人的末端部位，用于跟随所述工业机器人的动作并实现打磨工作；
[0016]夹紧卡盘，与所述人机交互操控台连接，用于固定所述齿轮工件，并接收所述人机交互操控台处理的所述图像处理机的数据，调整所述齿轮工件的位置和姿态至达到预设固定位置。
[0017]本专利技术还公开了一种螺旋锥齿轮全角度柔性打磨方法，所述方法采用如上述所述的一种螺旋锥齿轮全角度柔性打磨机器装置，所述方法包括，
[0018]获取齿轮工件三维数模；
[0019]根据所述齿轮工件三维数模预规划机器人打磨轨迹；
[0020]根据所述机器人打磨轨迹离散出打磨轨迹点；
[0021]根据所述打磨轨迹点进行多尺度遗传算法，综合优化所述机器人打磨轨迹；
[0022]获取齿轮工件图像信息；
[0023]根据所述齿轮工件图像信息确定齿轮工件定位特征点的三维坐标；
[0024]根据所述齿轮工件定位特征点的三维坐标确定齿轮工件定位特征点坐标的最优估计值；
[0025]根据所述最优估计值和齿轮工件定位特征点坐标的理论值解算出相对位姿测量值；
[0026]根据所述相对位姿测量值和相对位姿理论值判断齿轮工件是否满足位姿精度要求，获得第一判断结果；
[0027]当所述第一判断结果为否时，根据所述齿轮工件相对位姿测量值和齿轮工件相对位姿理论值之间的误差修正所述夹紧卡盘旋转角度；
[0028]当所述第一判断结果为是时，根据所述齿轮工件相对位姿测量值控制所述夹紧卡盘旋转至预设位置，完成对齿轮工件的精准夹紧定位。
[0029]优选的，所述根据所述机器人打磨轨迹离散出打磨轨迹点，具体包括，
[0030]根据所述打磨轨迹以最优间距进行数字化离散，生成一系列水平距离相等的离散点作为打磨轨迹点；当轨迹长度不足最优间距时，以轨迹长度为准，生成离散点作为打磨轨迹点；
[0031]所述根据所述打磨轨迹点进行多尺度遗传算法，综合优化所述机器人打磨轨迹，具体包括：
[0032]根据所述打磨轨迹点采用多尺度进化策略，对所述打磨轨迹点多尺度聚类，使不同的所述打磨轨迹点互相竞争和配合，在可行域中进行分散式搜索；
[0033]根据所述打磨轨迹点多尺度进化过程中，动态调整交叉、变异概率，使所述打磨轨迹点在不同进化阶段拥有不同的交叉、变异概率。
[0034]优选的，所述根据所述打磨轨迹点采用多尺度进化策略，对所述打磨轨迹点多尺度聚类，使不同的所述打磨轨迹点互相竞争和配合，在可行域中进行分散式搜索，具体包括：
[0035]根据随机初始化为N
max
的所述打磨轨迹点，确定所述打磨轨迹点的适应度函数值，第m(m＝1，2，3，
…
，N
max
)个所述打磨轨迹点在第e(e＝1，2，3，
…
，D)次迭代的适应度函数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种螺旋锥齿轮全角度柔性打磨机器装置，其特征在于：包括工业机器人，搭设于螺旋锥齿轮打磨现场，并与人机交互操控台连接，用于接收人机交互操作台发出的控制信号和打磨轨迹信息，并将其接收到的控制信号和轨迹信息对齿轮工件进行自动化打磨工作；工业相机，设置在齿轮工件摆放的上方，所述工业相机与图像处理机连接，用于拍摄齿轮工件定位特征点图像，并将所述齿轮工件定位特征点图像发送至图像处理机；图像处理机，用于根据所述齿轮工件定位特征点图像计算所述齿轮工件定位特征点坐标以及夹紧卡盘和齿轮工件的相对位姿信息；人机交互操控台，分别连接所述工业机器人和所述图像处理机，用于接收所述图像处理机的数据，根据所述图像处理机的数据控制夹紧卡盘和齿轮工件的精准定位；根据所述工业机器人打磨过程规划出控制信息和所述齿轮工件数模规划出打磨路径信息，并且将所述控制信息和所述打磨路径信息传输至所述工业机器人；打磨机，固定在所述工业机器人的末端部位，用于跟随所述工业机器人的动作并实现打磨工作；夹紧卡盘，与所述人机交互操控台连接，用于固定所述齿轮工件，并接收所述人机交互操控台处理的所述图像处理机的数据，调整所述齿轮工件的位置和姿态至达到预设固定位置。2.一种螺旋锥齿轮全角度柔性打磨方法，其特征在于：所述方法采用如权利要求1所述的一种螺旋锥齿轮全角度柔性打磨机器装置，所述方法包括，获取齿轮工件三维数模；根据所述齿轮工件三维数模预规划机器人打磨轨迹；根据所述机器人打磨轨迹离散出打磨轨迹点；根据所述打磨轨迹点进行多尺度遗传算法，综合优化所述机器人打磨轨迹；获取齿轮工件图像信息；根据所述齿轮工件图像信息确定齿轮工件定位特征点的三维坐标；根据所述齿轮工件定位特征点的三维坐标确定齿轮工件定位特征点坐标的最优估计值；根据所述最优估计值和齿轮工件定位特征点坐标的理论值解算出相对位姿测量值；根据所述相对位姿测量值和相对位姿理论值判断齿轮工件是否满足位姿精度要求，获得第一判断结果；当所述第一判断结果为否时，根据所述齿轮工件相对位姿测量值和齿轮工件相对位姿理论值之间的误差修正所述夹紧卡盘旋转角度；当所述第一判断结果为是时，根据所述齿轮工件相对位姿测量值控制所述夹紧卡盘旋转至预设位置，完成对齿轮工件的精准夹紧定位。3.根据权利要求2所述的一种螺旋锥齿轮全角度柔性打磨方法，其特征在于：所述根据所述机器人打磨轨迹离散出打磨轨迹点，具体包括，根据所述打磨轨迹以最优间距进行数字化离散，生成一系列水平距离相等的离散点作为打磨轨迹点；当轨迹长度不足最优间距时，以轨迹长度为准，生成离散点作为打磨轨迹点；
所述根据所述打磨轨迹点进行多尺度遗传算法，综合优化所述机器人打磨轨迹，具体包括：根据所述打磨轨迹点采用多尺度进化策略，对所述打磨轨迹点多尺度聚类，使不同的所述打磨轨迹点互相竞争和配合，在可行域中进行分散式搜索；根据所述打磨轨迹点多尺度进化过程中，动态调整交叉、变异概率，使所述打磨轨迹点在不同进化阶段拥有不同的交叉、变异概率。4.根据权利要求2所述的一种螺旋锥齿轮全角度柔性打磨方法，其特征在于：所述根据所述打磨轨迹点采用多尺度进化策略，对所述打磨轨迹点多尺度聚类，使不同的所述打磨轨迹点互相竞争和配合，在可行域中进行分散式搜索，具体包括：根据随机初始化为N
max
的所述打磨轨迹点，确定所述打磨轨迹点的适应度函数值，第m(m＝1,2,3,
…
,N
max
)个所述打磨轨迹点在第e(e＝1,2,3,
…
,D)次迭代的适应度函数值为D表示所述打磨轨迹最大迭代次数。5.根据权利要求2所述的一种螺旋锥齿轮全角度柔性打磨方法，其特征在于：所述根据所述打磨轨迹点多尺度进化过程中，动态调整交叉、变异概率，使所述打磨轨迹点在不同进化阶段拥有不同的交叉、变异概率，具体包括：根据所述打磨轨迹点的适应度函数值和迭代次数D，动态调整交叉概率，使所述打磨轨迹多尺度进化；个体的动态交叉概率为：轨迹多尺度进化；个体的动态交叉概率为：表示第m个所述打磨轨迹点第e次进化时的交叉概率，P
cro
‑
max
和P
cro
‑
min
分别表示交叉概率最值，P
cro
‑
max
＝0.9，P
cro
‑
min
＝0.3；μ
cro
表示交叉尺度因子，分别表示所述打磨轨迹点的适应度函数最大值、最小值、均值，表示所述打磨轨迹点的适应度函数值；交叉结束后，对所述打磨轨迹点进行变异操作；所述打磨轨迹点的动态变异概率为：交叉结束后，对所述打磨轨迹点进行变异操作；所述打磨轨迹点的动态变异概率为：表示所述打磨轨迹点第e次进化时的变异概率，P
var
‑
max
和P
var
‑
min
分别表示变异概率最...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱永国，王鑫，卓鑫，李都，胡元帆，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：