(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910006148.9
(22)申请日 2019.01.03
化尸池(71)申请人 中国科学院沈阳自动化研究所
地址 110016 辽宁省沈阳市沈河区南塔街
114号
申请人 厦门金龙联合汽车工业有限公司
微生物过滤器(72)发明人 赵吉宾 王阳 李论 徐昌华
放气阀
梁正海
(74)专利代理机构 沈阳科苑专利商标代理有限
公司 21002
代理人 于晓波
(51)Int.Cl.
B24B 45/00(2006.01)
B24B 55/06(2006.01)扫把头
B24B 49/12(2006.01)
(54)发明名称
纸自动更换方法
(57)摘要
本发明公开了一种机器人智能抛光的砂纸
自动更换装置，属于机器人研磨抛光设备技术领
域。其结构包括气动夹爪、工业相机、砂纸盒及电
动推杆。机器人将磨头上的磨损砂纸放入气动夹
爪位置，夹爪夹持砂纸边缘，机器人移动将砂纸
撕下；利用工业相机进行图像采集，得到磨头吸
尘孔与砂纸吸尘孔的角度偏差；机器人将磨头按
照角度偏差旋转一定角度并放入装有不同粒度
砂纸的砂纸盒中粘取新的砂纸；电动推杆向上推
进一个位置，使砂纸盒中的砂纸一直保持一定高
度。本发明解决了机器人智能抛光过程中人工参
与频繁跟换砂纸的现象，提高了机器人智能抛光
的自动化水平及设备整体加工效率。权利要求书2页 说明书5页 附图3页CN 111390764 A 2020.07.10
C N 111390764
A
1.一种机器人智能抛光的砂纸自动更换装置，其特征在于：该装置包括打磨头、气动夹爪、工业相机、砂纸盒、电动推杆和工作平台；其中：
所述打磨头固定于机器人末端法兰上，打磨头的工作面上粘有砂纸；所述打磨头带有吸尘孔，所述砂纸为带吸尘孔的背绒圆盘砂纸，采用按压方式即贴合到打磨头上，打磨头的吸尘孔需要与砂纸上的吸尘孔相对应；
所述气动夹爪固定在工作平台上表面，并高出工作平台上表面一定高度，用于破损砂纸的夹取；
所述工业相机嵌入工作平台上表面并位于所述气动夹爪的旁侧，所述工业相机用于打磨头吸尘孔图像采集，并确定打磨头吸尘孔与砂纸吸尘孔的角度偏差；
所述砂纸盒设置于工作平台的上表面，用于放置不同粒度的砂纸；所述砂纸盒为上端开口的圆筒状结构，砂纸盒内设有活塞，活塞能在圆筒内自由滑动，所述砂纸放置在砂纸盒内的活塞上面；砂纸盒横截面积略大于砂纸面积，砂纸内的砂纸按吸尘孔以固定角度摆放，砂纸盒内可装任意数量的砂纸。
所述电动推杆固定在工作平台上，并设置于所述砂纸盒的下方；所述电动推杆能够向上推进砂纸盒内的活塞，从而带动砂纸动作并使砂纸盒内的砂纸保持在一定高度。
2.根据权利要求1所述的机器人智能抛光的砂纸自动更换装置，其特征在于：用于抛光的抛光机器人、打磨头、气动夹爪、工业相机和砂纸盒等部件在同一坐标系下具有固定不变的相对位置关系。
3.根据权利要求1所述的机器人智能抛光的砂纸自动更换装置，其特征在于：所述砂纸的面积比打磨头的打磨面面积稍大一圈；所述气动夹爪采用平口尖形结构夹爪，保证夹持接触力，气动夹爪开度略大于砂纸厚度；机器人将打磨头精准送至气动夹爪位置，控制夹爪闭合紧扣砂纸边缘，然后机器人斜向上动作，以将砂纸撕下。
4.根据权利要求1所述的机器人智能抛光的砂纸自动更换装置，其特征在于：利用工业相机进行打磨头吸尘孔图像采集，并确定磨头吸尘孔与砂纸吸尘孔的角度偏差的过程为：利用图像检测算法，工业相机检测得到打磨头上最外圈圆形吸尘孔区域，计算得到所有最外圈圆形吸尘孔区域的中心位置及磨头中心P，中心P与所有圆形吸尘孔区域的中心连线所成夹角为360°除以n，n为磨头上最外圈吸尘孔的数量；计算该中心P与任意圆形吸尘孔区域
中心的向量和水平方向所成的角度α。利用α对取余，得到角度偏差β，根据就近原则，
若β<180°/n，则打磨头需要转动角度为β，若β>180°/n，则打磨头需要反向转动角度为(360°/n-β)。
5.根据权利要求4所述的机器人智能抛光的砂纸自动更换装置，其特征在于：PC机将角度与方向信息以数字量的方式传给PLC控制系统，PLC控制系统将信息转化为机器人可执行代码控制机器人末端法兰转动以匹配打磨头及砂纸的吸尘孔位置。
6.根据权利要求1所述的机器人智能抛光的砂纸自动更换装置，其特征在于：砂纸盒活塞下设有的电动推杆当砂纸减少一张时自动向上移动一个位置，保证盒内最外层砂纸平面高度固定，砂纸盒及电动推杆的设计根据砂纸盒内需要配置的砂纸尺寸及数量完成。
7.一种利用权利要求1所述装置进行的机器人智能抛光的砂纸自动更换方法，其特征在于：该方法首先利用抛光机器人将磨头上的磨损砂纸移至气动夹爪位置，夹爪闭合夹持
砂纸边缘后，机器人移动将砂纸撕下；
重力加速度的测量利用工业相机进行打磨头吸尘孔图像采集，确定磨头吸尘孔与砂纸吸尘孔的角度偏差；
机器人将磨头按照角度偏差旋转一定角度后，移至装有不同粒度砂纸的砂纸盒中粘取新的砂纸；
电动推杆向上推进一个位置，使砂纸盒中的最表面的砂纸一直保持在固定高度。
8.根据权利要求7所述的机器人智能抛光的砂纸自动更换方法，其特征在于：该更换方法具体包括如下步骤：
(1)将气动夹爪、工业相机和砂纸盒等部件按照合适位置安装在工作平台上，保证研磨抛光机器人、智能打磨头、气动夹爪和工业相机在同一坐标系下具有不变的相对位置关系；
(2)当智能抛光机器人判定砂纸需要更换后，生成断点信息，打磨头停止转动，此时打磨头吸尘孔方位不可知，机器人将磨头上的磨损砂纸放入气动夹爪位置，机器人停止，将信号反馈回下位机PLC控制系统，PLC发出指令控制夹爪闭合夹持砂纸边缘，返回夹紧信号，系统控制机器人按照程序规划好的路径斜向上45度，将砂纸撕下；
(3)机器人按规划好的路径将打磨头送至工业相机正上方，获取打磨头吸尘孔图像信息，将图像信息通过以太网传给PC机，利用图像检测算法，工业相机检测得到打磨头最外圈圆形吸尘孔区域，计算得到所有圆形吸尘孔区域的中心位置及磨头中心P，中心P与所有圆形区域的中心连线所成夹角为360°除以n。计算该中心P与任意圆形吸尘孔区域中心的向量
和水平方向所成的角度α。利用α对取余，得到角度偏差β，根据就近原则，若β<180°/n，
则需要转动角度为β，若β>180°/n，则需要反向转动角度为(360°/n-β)；打磨头转动后，打磨头上吸尘孔的位置回归到步骤(1)中的初始位置；
(4)PC机将角度与方向信息以数字量的方式传给PLC，PLC将信息转化为机器人可执行代码控制机器人末端法兰转动以匹配打磨头及砂纸的吸尘孔位置；
(5)机器人调整吸尘孔方位后按照规划好的路径移动至砂纸盒位置，垂直向下粘取所需要粒度的新的砂纸，机器人按照之前的断点信息继续打磨抛光工作，同时对应砂纸盒下方的电动推杆向上推进一个位置，使砂纸盒中的砂纸保持相同高度。
机器人智能抛光的砂纸自动更换装置和砂纸自动更换方法
技术领域
[0001]本发明涉及机器人研磨抛光设备技术领域，具体的说是一种机器人智能抛光的砂纸自动更换装置和砂纸自动更换方法。
背景技术
摄像考勤机
[0002]目前我国的研磨抛光方法仍然以手工研磨、手工抛光为主，不仅劳动强度大，加工效率低，对工人技术熟练程度要求高，而且是工人职业病高发领域。因此，研磨抛光机器人的大量应用是实现“机械换人”，推动传统制造业实现技术转型升级的重要途径。[0003]研磨抛光机器人是指不切除或从工件表面上切除极薄材料层，以减小工件表面粗糙度为目的的工业机器人系统，其工艺形式包括机器人研磨、机器人抛光、机器人去毛刺等。研磨抛光机器人覆盖的应用领域包括汽车、航空、航天、精密仪器、模具等国民经济的多个领域，是工业机器人的重要应用领域之一。
[0004]砂纸的更换是研磨抛光机器人自动化运转的重要环节，传统砂纸更换方式是在机器人研磨抛光过程中砂纸磨损时，暂停设备手动更换砂纸，在研磨抛光现场还保留一定人工参与程度，对人的身体仍有一定危害，同时存在操作失误风险，生产效率低，是研磨抛光机器人自动化程度不足的现象。
发明内容
[0005]针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明的目的是提供一种机器人智能抛光的砂纸自动更换装置和砂纸自动更换方法，解决机器人智能抛光过程中人工参与频繁跟换砂纸的现象，提高机器人智能抛光的自动化水平及设备整体加工效率。
[0006]为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
[0007]一种机器人智能抛光的砂纸自动更换装置，该装置包括打磨头、气动夹爪、工业相机、砂纸盒、电动推杆和工作平台；其中：
[0008]所述打磨头固定于机器人末端法兰上，打磨头的工作面上粘有砂纸；所述打磨头带有吸尘孔，所述砂纸为带吸尘孔的背绒圆盘砂纸，采用按压方式即贴合到打磨头上，打磨头的吸尘孔需要与砂纸上的吸尘孔相对应；
[0009]所述气动夹爪固定在工作平台上表面，并高出工作平台上表面一定高度，用于破损砂纸的夹取；
[0010]所述工业相机嵌入工作平台上表面并位于所述气动夹爪的旁侧，所述工业相机用于打磨头吸尘孔图像采集，并确定打磨头吸尘孔与砂纸吸尘孔的角度偏差；
[0011]所述砂纸盒设置于工作平台的上表面，用于放置不同粒度的砂纸；所述砂纸盒为上端开口的圆筒状结构，砂纸盒内设有活塞，活塞能在圆筒内自由滑动，所述砂纸放置在砂纸盒内的活塞上面；砂纸盒横截面积略大于砂纸面积，砂纸内的砂纸按吸尘孔以固定角度摆放，砂纸盒内可装任意数量的砂纸。
[0012]所述电动推杆固定在工作平台上，并设置于所述砂纸盒的下方；所述电动推杆能
够向上推进砂纸盒内的活塞，从而带动砂纸动作并使砂纸盒内的砂纸保持在一定高度。[0013]用于抛光的抛光机器人、打磨头、气动夹爪、工业相机和砂纸盒等部件在同一坐标系下具有固定不变的相对位置关系。
[0014]所述砂纸的面积比打磨头的打磨面面积稍大一圈；所述气动夹爪采用平口尖形结构夹爪，保证夹持接触力，气动夹爪开度略大于砂纸厚度；机器人将打磨头精准送至气动夹爪位置，控制夹爪闭合紧扣砂纸边缘，然后机器人斜向上动作，以将砂纸撕下。
[0015]利用工业相机进行打磨头吸尘孔图像采集，并确定磨头吸尘孔与砂纸吸尘孔的角度偏差的过程为：利用图像检测算法，工业相机检测得到打磨头上最外圈圆形吸尘孔区域，计算得到所有最外圈圆形吸尘孔区域的中心位置及磨头中心P，中心P与所有圆形吸尘孔区域的中心连线所成夹角为360°除以n，n为磨头上最外圈吸尘孔的数量。计算该中心P与任意
圆形吸尘孔区域中心的向量和水平方向所成的角度α。利用α对取余，得到角度偏差β，
根据就近原则，若β<180°/n，则打磨头需要转动角度为β，若β>180°/n，则打磨头需要反向转动角度为(360°/n-β)。
[0016]PC机将角度与方向信息以数字量的方式传给PLC控制系统，PLC控制系统将信息转化为机器人可执行代码控制机器人末端法兰转动以匹配打磨头及砂纸的吸尘孔位置。[0017]砂纸盒活塞下设有的电动推杆当砂纸减少一张时自动向上移动一个位置，保证盒内最外层砂纸平面高度固定，砂纸盒及电动推杆的设计根据砂纸盒内需要配置的砂纸尺寸及数量完成。
[0018]利用所述装置进行机器人智能抛光的砂纸自动更换方法，该方法首先利用抛光机器人将磨头上的磨损砂纸移至气动夹爪位置，夹爪闭合夹持砂纸边缘后，机器人移动将砂纸撕下；利用工业相机进行打磨头吸尘孔图像采集，确定磨头吸尘孔与砂纸吸尘孔的角度偏差；机器人将磨头按照角度偏差旋转一定角度后，移至装有不同粒度砂纸的砂纸盒中粘取新的砂纸；电动推杆向上推进一个位置，使砂纸盒中的最表面的砂纸一直保持在固定高度。
[0019]该更换方法具体包括如下步骤：
[0020](1)将气动夹爪、工业相机和砂纸盒等部件按照合适位置安装在工作平台上，保证研磨抛光机器人、智能打磨头、气动夹爪和工业相机在同一坐标系下具有不变的相对位置关系；
[0021](2)当智能抛光机器人判定砂纸需要更换后，生成断点信息，打磨头停止转动，此时打磨头吸尘孔方位不可知，机器人将磨头上的磨损砂纸放入气动夹爪位置，机器人停止，将信号反馈回下位机PLC控制系统，PLC发出指令控制夹爪闭合夹持砂纸边缘，返回夹紧信号，系统控制机器人按照程序
规划好的路径斜向上45度，将砂纸撕下；
[0022](3)机器人按规划好的路径将打磨头送至工业相机正上方，获取打磨头吸尘孔图像信息，将图像信息通过以太网传给PC机，利用图像检测算法，工业相机检测得到打磨头最外圈圆形吸尘孔区域，计算得到所有圆形吸尘孔区域的中心位置及磨头中心P，中心P与所有圆形区域的中心连线所成夹角为360°除以n。计算该中心P与任意圆形吸尘孔区域中心的
向量和水平方向所成的角度α。利用α对取余，得到角度偏差β，根据就近原则，若β<
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