本發(fā)明涉及大型結(jié)構(gòu)件加工，具體涉及一種機(jī)器人銑槽末端執(zhí)行器。

背景技術(shù)：

1、大型結(jié)構(gòu)件通常是由多個殼狀薄板焊接而成的，部分表面有溝槽，因此在零件加工階段已在零件外表面預(yù)先切了一部分溝槽，但由于需要將各個零件焊接到一起，如果零件焊縫處及其附近預(yù)先切了溝槽，也會被焊縫占用，還給后續(xù)補(bǔ)充切槽造成更大的困難，因此，在零件焊縫處及其附近不預(yù)先切溝槽，留待焊接完成后，補(bǔ)充修切，將原有溝槽之間的實(shí)體切除，平滑連通兩個已有的溝槽。此外，還需要精確控制加工的槽的壁厚。

2、大型結(jié)構(gòu)件尺寸較大，通常需要利用大型機(jī)床加工。由于大型機(jī)床結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，設(shè)備以及配套廠房等投資巨大，在大型結(jié)構(gòu)件上補(bǔ)充銑槽的性價比不高。機(jī)器人具有體積小、運(yùn)動靈活、工作空間相對較大、便于控制、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，因此通常利用機(jī)器人作為運(yùn)動平臺，機(jī)器人末端攜帶多功能銑削末端執(zhí)行器構(gòu)成機(jī)器人銑槽系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動精確加工。

3、目前，現(xiàn)有的機(jī)器人銑削末端執(zhí)行器可以完成基本的銑槽工作，但存在以下不足：

4、(1)不能精確測量銑槽的壁厚

5、通過控制銑削刀具的進(jìn)給位置控制切槽深度，利用工件初始壁厚減去刀具進(jìn)給長度計算銑槽的壁厚。這種做法存在兩方面問題：一方面，由于產(chǎn)品受力變形等原因?qū)е裸娤鞯毒叩倪M(jìn)給位置和實(shí)際切出的槽深有偏差，在銑削封閉的大型薄壁零件(內(nèi)部無法提供支撐)時尤其明顯，即用刀具進(jìn)給長度代表槽深，存在偏差；另一方面，產(chǎn)品的壁厚通常不是精確值，壁厚存在偏差。兩種偏差導(dǎo)致依據(jù)工件初始壁厚減去刀具進(jìn)給長度計算銑槽的壁厚不夠精確，無法滿足精確控制銑槽壁厚的需求。

6、(2)不能準(zhǔn)確測量已有的槽相對于銑槽末端執(zhí)行器的姿態(tài)

7、通常的末端執(zhí)行器采用激光測距傳感器、渦流傳感器、超聲波傳感器、長度計等，測量筒壁表面待銑切處周圍的至少3個點(diǎn)，利用這3個點(diǎn)擬合筒壁表面方程，由此計算出未加工的筒壁表面待銑切處的法向。如果已經(jīng)預(yù)先銑切出的槽，由于待銑切處周圍的點(diǎn)與預(yù)先銑切出的槽的關(guān)系無法確定，因此也就無法通過這幾個點(diǎn)得到預(yù)先銑切出的槽的信息，由此可知，采用激光測距傳感器、渦流傳感器、超聲波傳感器、長度計等的末端執(zhí)行器不能準(zhǔn)確測量已有的槽相對于銑槽末端執(zhí)行器的姿態(tài)。有的末端執(zhí)行器采用了工業(yè)相機(jī)，由于已銑切的槽的結(jié)構(gòu)特征極少，邊界線也會由于拍攝角度限制導(dǎo)致信息不全，用于擬合的數(shù)據(jù)有限，可以得到已銑切的槽的輪廓，但很難準(zhǔn)確測量已有的槽相對于銑槽末端執(zhí)行器的姿態(tài)。

8、(3)不能監(jiān)測刀具振動情況

9、與機(jī)床相比，機(jī)器人本體剛度有限，銑削時容易出現(xiàn)顫振，顫振嚴(yán)重影響銑削精度和刀具壽命，嚴(yán)重時甚至?xí)p壞設(shè)備和產(chǎn)品。機(jī)器人銑削的顫振規(guī)律與機(jī)床顫振不同，至今尚未完全掌握，因此實(shí)時監(jiān)測刀具的振動情況就顯得尤為重要，實(shí)時監(jiān)測可以及時掌握振動信號規(guī)律，一旦出現(xiàn)異?？梢约皶r采取抑振措施。由于刀柄高速運(yùn)轉(zhuǎn)，無法安裝振動傳感器，只能安裝在刀柄附近，采集到的刀柄附近的振動信號需要經(jīng)過篩選、分析，才能轉(zhuǎn)化成刀具的振動信號，難度較大?，F(xiàn)有的末端執(zhí)行器不具備振動信號采集功能，僅根據(jù)電主軸的電流信號計算電主軸的扭矩，再通過扭矩的變化情況判斷是否產(chǎn)生了振動。電流信號不能及時體現(xiàn)振動情況，由于經(jīng)過多個環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)換，很容易產(chǎn)生較大誤差，導(dǎo)致誤判或漏判，目前的技術(shù)發(fā)展水平還無法通過電流信號及時、可靠地判斷振動情況。而無法監(jiān)測刀具振動情況，就無法據(jù)此采取措施抑制切削顫振，也就無法保證銑削精度，甚至無法保證產(chǎn)品和設(shè)備不受損害。

10、綜上所述，如果不能準(zhǔn)確測量已有的槽相對于銑槽末端執(zhí)行器的姿態(tài)，就無法準(zhǔn)確銜接兩個已有的槽；如果不能實(shí)時監(jiān)測刀具振動情況，就無法保證銑削精度；如果不能精確測量銑槽的壁厚，就無法精確控制壁厚的加工精度。因此已有的末端執(zhí)行器無法滿足平滑銜接預(yù)加工槽和精確控制銑槽壁厚的需求，無法完成精確補(bǔ)加工任務(wù)。

11、因此，發(fā)明人提供了一種機(jī)器人銑槽末端執(zhí)行器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、(1)要解決的技術(shù)問題

2、本發(fā)明實(shí)施例提供了一種機(jī)器人銑槽末端執(zhí)行器，解決了大型結(jié)構(gòu)件表面補(bǔ)加工位置姿態(tài)不確定、切槽深度不精確、加工質(zhì)量低的技術(shù)問題。

3、(2)技術(shù)方案

4、本發(fā)明提供了一種機(jī)器人銑槽末端執(zhí)行器，包括機(jī)座單元、滑臺單元、測姿單元、銑削單元和測厚單元，所述機(jī)座單元的上端面用于與機(jī)器人固定連接，所述機(jī)座單元的下端面與所述滑臺單元的上端面連接，所述測姿單元、所述銑削單元及所述測厚單元均沿平行于所述機(jī)座單元的下端面的方向滑動安裝于所述滑臺單元的下端面。

5、進(jìn)一步地，所述機(jī)座單元包括機(jī)座單元連接法蘭、機(jī)座單元底板、工位轉(zhuǎn)換單元光柵尺、相機(jī)、蠕動泵、工位轉(zhuǎn)換電機(jī)、超聲測厚信號處理器、耦合劑罐及激光掃描儀測頭；其中，所述機(jī)座單元連接法蘭用于與機(jī)器人的末端法蘭盤連接，所述機(jī)座單元底板固定在所述機(jī)座單元連接法蘭上；所述工位轉(zhuǎn)換單元光柵尺固定在所述機(jī)座單元底板上且用于測量所述機(jī)座單元與所述滑臺單元之間的線性位移，所述相機(jī)固定在所述機(jī)座單元底板上且用于拍攝產(chǎn)品外表面上的銑削區(qū)域以獲取局部特征，所述蠕動泵固定在所述機(jī)座單元底板上且用于將耦合劑輸送給所述測厚單元，所述工位轉(zhuǎn)換電機(jī)的輸出端與所述滑臺單元連接且用于驅(qū)動所述滑臺單元運(yùn)動；

6、所述超聲測厚信號處理器固定在機(jī)座單元底板上且用于處理測厚信號，所述耦合劑罐固定在所述機(jī)座單元底板上且用于為所述測厚單元提供耦合劑，所述激光掃描儀測頭固定在所述機(jī)座單元底板上且用于獲取產(chǎn)品的外部形貌，并根據(jù)外部形貌確定產(chǎn)品的位置和姿態(tài)。

7、進(jìn)一步地，所述機(jī)座單元還包括拖鏈、工位轉(zhuǎn)換導(dǎo)軌及工位轉(zhuǎn)換導(dǎo)軌壓緊楔塊；其中，所述拖鏈固定在所述機(jī)座單元底板上且用于保護(hù)內(nèi)置的線纜，所述工位轉(zhuǎn)換導(dǎo)軌固定在所述機(jī)座單元底板上且用于所述工位轉(zhuǎn)換導(dǎo)軌的定位，所述工位轉(zhuǎn)換導(dǎo)軌楔塊固定在所述機(jī)座單元底板的凹槽內(nèi)，且所述工位轉(zhuǎn)換導(dǎo)軌楔塊的立面與所述工位轉(zhuǎn)換導(dǎo)軌的側(cè)面相適配，所述工位轉(zhuǎn)換導(dǎo)軌楔塊的立面將所述工位轉(zhuǎn)換導(dǎo)軌壓緊在導(dǎo)軌安裝立面上。

8、進(jìn)一步地，所述滑臺單元包括工位轉(zhuǎn)換滑板、工位轉(zhuǎn)換單元滑塊及工位轉(zhuǎn)換絲杠螺母；其中，所述工位轉(zhuǎn)換單元滑塊固定在所述工位轉(zhuǎn)換滑板上且與所述工位轉(zhuǎn)換導(dǎo)軌構(gòu)成移動副，所述工位轉(zhuǎn)換滑板滑動安裝于所述工位轉(zhuǎn)換導(dǎo)軌，所述工位轉(zhuǎn)換絲杠螺母安裝于所述工位轉(zhuǎn)換滑板且用于將所述工位轉(zhuǎn)換電機(jī)的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為所述工位轉(zhuǎn)換滑板的移動。

9、進(jìn)一步地，所述滑臺單元還包括測姿單元進(jìn)給導(dǎo)軌、測姿單元進(jìn)給導(dǎo)軌壓緊楔塊、測姿單元進(jìn)給方向擋塊、銑削單元進(jìn)給光柵尺、拖鏈起始端支架及銑削單元進(jìn)給接近開關(guān)；其中，所述測姿單元進(jìn)給導(dǎo)軌固定在所述工位轉(zhuǎn)換滑板上，所述測姿單元進(jìn)給導(dǎo)軌壓緊楔塊固定在所述工位轉(zhuǎn)換滑板的凹槽內(nèi)，且所述測姿單元進(jìn)給導(dǎo)軌壓緊楔塊的立面與所述測姿單元進(jìn)給導(dǎo)軌的側(cè)面相適配且用于將所述測姿單元進(jìn)給導(dǎo)軌壓緊在導(dǎo)軌安裝立面上；

10、所述測姿單元進(jìn)給方向擋塊固定在所述工位轉(zhuǎn)換滑板上且用于對所述測姿單元的兩個方向運(yùn)動進(jìn)行限位，所述銑削單元進(jìn)給光柵尺固定在所述工位轉(zhuǎn)換滑板上，所述拖鏈起始端支架固定在所述工位轉(zhuǎn)換滑板且用于固定所述拖鏈的起始端，所述銑削單元進(jìn)給接近開關(guān)固定在所述工位轉(zhuǎn)換滑板的端部且用于感應(yīng)與所述銑削單元的距離。

11、進(jìn)一步地，所述滑臺單元還包括測厚單元進(jìn)給電機(jī)、測厚單元進(jìn)給模組、銑削單元進(jìn)給導(dǎo)軌、銑削單元進(jìn)給導(dǎo)軌壓緊楔塊、銑削單元進(jìn)給方向擋塊及工位轉(zhuǎn)換光柵尺讀數(shù)頭；其中，所述測厚單元進(jìn)給電機(jī)與所述測厚單元進(jìn)給模組連接且用于為所述測厚單元進(jìn)給模組提供動力以驅(qū)動所述測厚單元進(jìn)給模組沿所述測姿單元進(jìn)給導(dǎo)軌的軸向運(yùn)動，所述測厚單元進(jìn)給模組固定在所述工位轉(zhuǎn)換滑板上且用于支持所述測厚單元的移動；

12、所述銑削單元進(jìn)給導(dǎo)軌固定在所述工位轉(zhuǎn)換滑板上，所述銑削單元進(jìn)給導(dǎo)軌壓緊楔塊固定在所述工位轉(zhuǎn)換滑板的凹槽內(nèi)，所述銑削單元進(jìn)給導(dǎo)軌壓緊楔塊的立面與所述銑削單元進(jìn)給導(dǎo)軌的側(cè)面相適配，且所述銑削單元進(jìn)給導(dǎo)軌壓緊楔塊的立面將所述銑削單元進(jìn)給導(dǎo)軌壓緊在導(dǎo)軌安裝立面上；

13、所述銑削單元進(jìn)給方向擋塊固定在所述工位轉(zhuǎn)換滑板上且用于對所述銑削單元的兩個方向移動進(jìn)行限位，所述工位轉(zhuǎn)換光柵尺讀數(shù)頭固定在所述工位轉(zhuǎn)換滑板上且用于與所述工位轉(zhuǎn)換單元光柵尺配合以測量所述工位轉(zhuǎn)換滑板的位移。

14、進(jìn)一步地，所述測姿單元包括測姿單元滑臺、測姿單元滑塊、測姿單元驅(qū)動氣缸及測姿裝置；其中，所述測姿單元滑塊固定在所述測姿單元滑臺上且與所述測姿單元進(jìn)給導(dǎo)軌構(gòu)成移動副，所述測姿單元驅(qū)動氣缸固定在所述工位轉(zhuǎn)換滑板上且用于為所述測姿單元滑臺的移動提供驅(qū)動力，所述測姿單元驅(qū)動氣缸的輸出端與所述測姿單元滑臺連接且用于驅(qū)動所述測姿單元滑臺沿所述測姿單元進(jìn)給導(dǎo)軌的軸向移動；

15、所述測姿裝置固定在所述測姿單元滑臺上且用于測量產(chǎn)品上預(yù)先加工的槽與所述測姿單元的相對姿態(tài)。

16、進(jìn)一步地，所述銑削單元包括銑削單元滑臺、銑削單元滑塊、銑削單元進(jìn)給絲杠螺母、銑削單元進(jìn)給讀數(shù)頭、銑削電主軸、振動傳感器上半支架、振動傳感器下半支架及振動傳感器；其中，所述銑削單元滑塊固定在所述銑削單元滑臺上且與所述銑削單元進(jìn)給導(dǎo)軌構(gòu)成移動副，所述銑削單元進(jìn)給電機(jī)的輸出端與所述銑削單元滑臺連接且用于為所述銑削單元滑臺的移動提供動力，所述銑削單元進(jìn)給讀數(shù)頭固定在所述銑削單元滑臺且與所述銑削單元進(jìn)給光柵尺配合以測量所述銑削單元的進(jìn)給位移；

17、所述銑削電主軸固定在所述銑削單元滑臺上且用于為所述產(chǎn)品提供切削力，所述振動傳感器上半支架及所述振動傳感器下半支架配合安裝以夾緊所述銑削電主軸的外表面，所述振動傳感器安裝于所述振動傳感器下半支架且用于測量所述銑削電主軸銑削所述產(chǎn)品時的振動信號。

18、進(jìn)一步地，所述銑削單元還包括除屑毛刷及銑削刀具；其中，所述除屑毛刷安裝在所述銑削電主軸上且用于清理銑削時產(chǎn)生的切屑，所述銑削刀具安裝于所述銑削電主軸且用于銑削所述產(chǎn)品。

19、進(jìn)一步地，所述測厚單元包括測厚單元墊塊、力傳感器及測厚傳感器；其中，所述測厚單元墊塊安裝在所述測厚單元進(jìn)給模組上且用于墊高所述測厚傳感器以使所述測厚傳感器與所述銑削刀具的軸線高度相同，所述力傳感器固定在所述測厚單元墊塊上且用于測量所述測厚傳感器工作時的壓緊力。

20、(3)有益效果

21、綜上，本發(fā)明通過綜合運(yùn)用掃描測量、照相測量、超聲測厚技術(shù)，結(jié)合角度傳感器、振動傳感器、位移傳感器，解決了大型結(jié)構(gòu)件表面補(bǔ)加工位置姿態(tài)不確定、切槽深度不精確、加工質(zhì)量難保證等問題，避免了人工補(bǔ)充加工產(chǎn)生的質(zhì)量不穩(wěn)定、效率低等缺點(diǎn)，也避免了人工作業(yè)潛在的危險和產(chǎn)品損傷的風(fēng)險，提高了大型結(jié)構(gòu)件表面補(bǔ)充加工的質(zhì)量和效率。