本發(fā)明屬于機(jī)械智能加工領(lǐng)域，更具體地，涉及一種機(jī)器人砂輪位置標(biāo)定裝置及標(biāo)定方法。

背景技術(shù)：

在機(jī)器人磨削尤其是機(jī)器人精準(zhǔn)磨削中，砂輪位置直接影響磨削刀路軌跡生成效率和磨削質(zhì)量，在進(jìn)行機(jī)器人智能磨削加工時(shí)，必須先對砂輪位置進(jìn)行準(zhǔn)確標(biāo)定。傳統(tǒng)標(biāo)定方法使用頂針在砂輪邊緣標(biāo)定一定數(shù)目的點(diǎn)，擬合出砂輪的兩個(gè)側(cè)面圓來標(biāo)定砂輪位置，存在頂針無法準(zhǔn)確與邊緣點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)接觸的不足，要求操作者有一定的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)造成標(biāo)定效率低、精度低等問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明旨在提供一種能夠有效提高砂輪位置標(biāo)定的效率和精度、降低操作誤差的機(jī)器人砂輪位置標(biāo)定裝置以及相應(yīng)的標(biāo)定方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種機(jī)器人砂輪位置標(biāo)定裝置，包括：裝置主體，用于與機(jī)器人末端腕部法蘭連接固定，裝置主體具有一個(gè)與被標(biāo)定的砂輪側(cè)面相貼合的平面A，平面A上設(shè)有兩個(gè)螺紋孔及一個(gè)標(biāo)記點(diǎn)；兩個(gè)圓柱體，均垂直于平面A且一一對應(yīng)安裝于平面A上的兩個(gè)螺紋孔內(nèi)，兩個(gè)圓柱體的圓柱面之間的距離小于被標(biāo)定的砂輪的直徑；標(biāo)記點(diǎn)位于兩個(gè)圓柱體的軸線與平面A的兩個(gè)交點(diǎn)之間的連線的中點(diǎn)上。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提出了一種基于上述機(jī)器人砂輪位置標(biāo)定裝置的標(biāo)定方法，包括如下步驟：

(1)將兩個(gè)圓柱體一一對應(yīng)裝入兩個(gè)螺紋孔，將裝置主體固定在機(jī)器人末端腕部法蘭上；

(2)利用四點(diǎn)法示教先對標(biāo)定點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)定，獲得標(biāo)定點(diǎn)相對于機(jī)器人的位置；

(3)機(jī)器人帶動標(biāo)定裝置移動，使平面A與砂輪任一側(cè)面貼合，兩個(gè)圓柱體的圓柱面與砂輪的圓柱面相切，記錄標(biāo)定點(diǎn)的位置；調(diào)整機(jī)器人姿態(tài)，改變圓柱體的圓柱面與砂輪的圓柱面的相切位置，獲得標(biāo)定點(diǎn)的四個(gè)不同位置；

(4)對獲得的四個(gè)標(biāo)定點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行分析，獲得砂輪軸線與砂輪該側(cè)面交點(diǎn)的坐標(biāo)和砂輪半徑；

(5)控制機(jī)器人帶動標(biāo)定裝置移動，使標(biāo)定裝置平面A與砂輪另一側(cè)面貼合，重復(fù)步驟(3)和(4)，獲得砂輪軸線與另一砂輪側(cè)面的交點(diǎn)的坐標(biāo)和砂輪半徑；

(6)對兩次獲得的砂輪半徑取平均值作為砂輪半徑，結(jié)合砂輪軸線與砂輪兩個(gè)側(cè)面的兩個(gè)交點(diǎn)確定砂輪的位置。

進(jìn)一步地，步驟(4)中，對獲得的四個(gè)標(biāo)定點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行分析，獲得砂輪軸線與砂輪該側(cè)面交點(diǎn)的坐標(biāo)和砂輪半徑的方法如下：

設(shè)獲得的標(biāo)定點(diǎn)的四個(gè)位置為Pi(Xi，Yi，Zi)，i＝1、2、3、4；

Pi位于以砂輪該側(cè)面和砂輪軸線的交點(diǎn)為圓心所作的一個(gè)空間球體上，該空間球體方程為：

(x-a)²+(y-b)²+(z-c)²＝R²

其中，(a,b,c)為球心坐標(biāo)，R為球半徑，a、b、c、R均為未知數(shù)；

展開得到：

x²+y²+z²-Ax-By-Cz+D＝0

其中，A＝2a，B＝2b，C＝2c，D＝a²+b²+c²-R²；

寫成矩陣形式如下：

求解方程組(1)得到A、B、C、D，從而有：

根據(jù)砂輪、圓柱體和標(biāo)定點(diǎn)的位置關(guān)系，得砂輪半徑為：

其中，l為兩圓柱體軸線之間的距離，e為圓柱體半徑。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，不再使用頂針標(biāo)定，改為使用平面A與圓柱配合與砂輪接觸，更加容易判斷是否充分接觸，且比頂針單點(diǎn)接觸更加穩(wěn)定，大大降低了因操作者個(gè)人能力、經(jīng)驗(yàn)等問題造成的操作誤差，有效提高砂輪位置標(biāo)定的效率和精度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中的圓柱體示意圖。

圖2為本發(fā)明中的裝置主體示意圖。

圖3為本發(fā)明中的標(biāo)定裝置組裝示意圖。

圖4為本發(fā)明中的砂輪、圓柱體和標(biāo)定點(diǎn)的位置關(guān)系示意圖。

在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中：

1-圓柱體，11-圓柱體末端螺紋，2-裝置主體，21-螺栓孔，22-螺紋孔，23-標(biāo)定點(diǎn)，3-砂輪。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

本發(fā)明所提供的一種機(jī)器人砂輪位置標(biāo)定裝置，包括裝置主體2(如圖2)和兩個(gè)圓柱體1(如圖1)；裝置主體2上設(shè)有螺栓孔21，用于通過螺栓與機(jī)器人腕部法蘭相連接。裝置主體2具有一個(gè)與被標(biāo)定的砂輪3側(cè)面相貼合的平面A，平面A上設(shè)有兩個(gè)螺紋孔22及一個(gè)標(biāo)記點(diǎn)23；兩個(gè)圓柱體1，均垂直于平面A且一一對應(yīng)安裝于平面A上的兩個(gè)螺紋孔22內(nèi)(如圖3)，兩個(gè)圓柱體1的圓柱面之間的距離小于被標(biāo)定的砂輪3的直徑；標(biāo)記點(diǎn)23位于兩個(gè)圓柱體1的軸線與平面A的兩個(gè)交點(diǎn)之間的連線的中點(diǎn)上。

基于上述標(biāo)定裝置，本發(fā)明標(biāo)定砂輪3位置的步驟如下：

(1)將兩個(gè)圓柱體1末端螺紋11旋入裝置主體2的螺紋孔22，用螺栓將裝置主體2固定在機(jī)器人末端腕部法蘭上。

(2)利用四點(diǎn)法示教獲得標(biāo)定裝置上標(biāo)定點(diǎn)23的位置。

(3)控制機(jī)器人帶動標(biāo)定裝置移動，使標(biāo)定裝置的平面A與砂輪3任一側(cè)面貼合，兩個(gè)圓柱體1的圓柱面與砂輪3的圓柱面相切，記錄標(biāo)定裝置上標(biāo)定點(diǎn)23位置。調(diào)整機(jī)器人姿態(tài)，獲得標(biāo)定點(diǎn)23的四個(gè)不同位置。

(4)對獲得的標(biāo)定點(diǎn)23坐標(biāo)進(jìn)行分析運(yùn)算，獲得砂輪3軸線與砂輪3該側(cè)面交點(diǎn)的坐標(biāo)和砂輪3半徑。

(5)控制機(jī)器人帶動標(biāo)定裝置移動，使標(biāo)定裝置平面A與砂輪3另一側(cè)面貼合，重復(fù)步驟(3)和(4)，獲得砂輪3軸線與另一砂輪3側(cè)面的交點(diǎn)的坐標(biāo)和砂輪3半徑。

(6)對兩次獲得的砂輪3半徑取平均值作為砂輪3半徑，結(jié)合砂輪3軸 線與砂輪3兩個(gè)側(cè)面的兩個(gè)交點(diǎn)確定砂輪3的位置。

根據(jù)本發(fā)明提供的一種砂輪3位置標(biāo)定方法，對獲得的標(biāo)定點(diǎn)23的位置進(jìn)行分析運(yùn)算，獲得砂輪3軸線與砂輪3側(cè)面的交點(diǎn)的坐標(biāo)和砂輪3半徑的步驟為：

設(shè)獲得的標(biāo)定點(diǎn)23的四個(gè)位置為Pi，其x，y，z坐標(biāo)分別為Xi，Yi，Zi，i＝1,2,3,4。從垂直于砂輪3側(cè)面的方向看去，砂輪3、圓柱體1和標(biāo)定點(diǎn)23的位置關(guān)系如圖4所示。

四個(gè)所測標(biāo)定點(diǎn)23位置位于砂輪3側(cè)面上以砂輪3側(cè)面與軸線交點(diǎn)為圓心的圓上，也位于以砂輪3側(cè)面與軸線交點(diǎn)為球心的球上。

空間中球體方程為

(x-a)²+(y-b)²+(z-c)²＝R²

其中(a,b,c)為球心坐標(biāo)，R為球半徑；

即：

x²+y²+z²-Ax-By-Cz+D＝0

其中A＝2a，B＝2b，C＝2c，D＝a²+b²+c²-R²；

寫成矩陣形式，得

所測標(biāo)定點(diǎn)23均位于砂輪3側(cè)面，但會在垂直砂輪3側(cè)面方向上的有微小隨機(jī)偏移。偏移量極小，故對圓心、球心位置影響極小，經(jīng)驗(yàn)證可以忽略。而這種偏移恰使(1)中的系數(shù)矩陣由奇異矩陣變?yōu)榉瞧娈惥仃嚕狗匠探M可解而解出A、B、C、D，從而得到：

即得到砂輪3軸線與側(cè)面交點(diǎn)坐標(biāo)(a，b，c)。

根據(jù)砂輪3、圓柱體1和標(biāo)定點(diǎn)23的位置關(guān)系，得砂輪3半徑為：

其中l(wèi)為兩圓柱體1軸線之間的距離，e為圓柱體1半徑。

根據(jù)此方法，結(jié)合步驟(3)、步驟(4)，即可求得平面A分別與砂輪3的兩個(gè)相對的側(cè)面接觸時(shí)得到的兩個(gè)r的值，然后按照步驟(6)得到砂輪3位置。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。