一种面向弱刚度石材的多机器人雕刻加工平台的制作方法

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种面向弱刚度石材的多机器人雕刻加工平台。

背景技术

中国石雕艺术历史悠久，以往的石材雕刻都是纯手工雕刻，加工效率低；近些年来，工业机器人引入雕刻领域，提高了加工效率，减少了人力消耗，有着不错的应用前景，但同时也存在着很多问题，比如机器人加工精度不高，精加工时间长，大多需要后期人工精修，加工弱刚度部分易断裂等等。而随着人民生活水平的提高，人们对石雕等艺术品的要求也越来越高，其中不乏一些薄壁部位和细长杆件，现有的机器人雕刻平台和方法在加工这些部位时很容易发生断裂，较难对这些部位进行加工。

技术实现要素：

本发明所要解决的主要技术问题是提供一种面向弱刚度石材的多机器人雕刻加工平台，可以很好的利用多机器人加工的优势，提高加工效率，并且可以通过柔性支撑装置，完成石材弱刚度部位的加工。

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种面向弱刚度石材的多机器人雕刻加工平台，包括：加工机器人、支撑机器人、加工转台、加工机器人控制柜、支撑机器人控制柜、第一刀具库、第二刀具库、快换装置库和对刀仪；

所述加工转台位于加工机器人和支撑机器人之间；

所述第一刀具库、第二刀具库分别作为加工机器人和支撑机器人的换刀库，位于加工机器人和支撑机器人的侧方；所述第一刀具库、第二刀具库有多个刀位，以存放不同尺寸和类型的加工刀具；

所述快换装置库位于支撑机器人一侧，包括加工主轴和支撑装置，结合气动快换装置以以将所述支撑装置安装在支撑机器人的末端执行器上，加工机器人加工弱刚度部位时，支撑工具在对侧进行辅助支撑；

通过对石雕模型的加工过程进行受力分析，找到石材易断裂部位，并根据石材背部形状和大小的不同，选取不同大小的支撑装置组合和加工方法，完成弱刚度部位的支撑加工。

在一较佳实施例中：所述加工机器人和支撑机器人都为六轴机械臂。

在一较佳实施例中：所述加工机器人和支撑机器人位于垫高底座上，高于加工转台上表面一定距离。

在一较佳实施例中：所述第一刀具库、第二刀具库为气动换刀库。

在一较佳实施例中：所述加工机器人控制柜、支撑机器人控制柜分别用于加工机器人和支撑机器人的驱动和控制；所述加工机器人控制柜、支撑机器人控制柜分别具有两套配置文件；

其中一套配置文件以加工转台为主站，，加工机器人、支撑机器人；另一个配置为从站：另一套配置文件以加工机器人作为主站，加工转台和支撑机器人作为从站。

在一较佳实施例中：所述对刀仪位于换刀库旁。

在一较佳实施例中：所述受力分析所使用的分析软件为ansys，所使用的方法为移动载荷受力分析。

在一较佳实施例中：所述加工方法有两种，固定支撑加工和移动支撑加工，根据弱刚度构件支撑侧形状和表面平滑程度的不同，选取不同的加工方式。支撑侧形状崎岖，则选取固定支撑加工方式，支撑侧平滑，则可选取移动加工方式。

在一较佳实施例中：所述支撑装置由底板和支撑工具头构成，所述底板有多种型号，不同型号大小和形状不同；所述底板上阵列排布又圆孔，用于支撑工具头的放置和安装；

所述支撑工具头有两种，凹工具头和凸工具头，所述凹工具头上部凹陷，用于雕刻件突出部位的支撑，所述凸工具头上部突起，用于雕刻件凹陷和平坦部位的支撑。

在一较佳实施例中：所述支撑工具头为高分子材料，具有柔性。

相较于现有技术，本发明的技术方案具备以下有益效果：

本发明所要解决的主要技术问题是提供一种面向弱刚度石材的多机器人雕刻加工平台，首先将石材模型导入cam编程软件，并在软件中进行毛胚模型形状和位置设定，根据选择的加工策略，软件自动生成加工刀路并进行仿真优化。对毛胚弱刚度部位尺寸进行度量，选取合适大小和形状的支撑装置。将毛胚模型导入有限元分析软件，选取弱刚度部位进行动载荷受力分析，并依次进行约束施加位置的确定，减小加工过程中弱刚度部位受到的应力。根据弱刚度部位形状和表面光滑程度的不同，选取固定支撑加工和移动支撑加工方式，对于支撑表面起伏较大的支撑面，选取固定支撑方式加工，根据有限元分析结果，选取几个合适的支撑位置，并根据加工侧刀路进行支撑机器人程序编写，两个机器人协同配合，完成弱刚度部位的加工。对于支撑表面光滑的弱刚度部位，选择移动支撑加工方式，支撑装置跟随加工刀具移动，以减小弱刚度部位受力。上述的雕刻加工平台，可以很好的利用多机器人加工的优势，提高加工效率，并且可以通过柔性支撑装置，完成石材弱刚度部位的加工。

附图说明

图1为本系统整体示意图。

图2为支撑装置整体示意图。

附图标记：加工机器人控制柜1，加工机器人2，加工主轴3，快换装置库4，支撑装置5，支撑机器人6，支撑机器人控制柜7，第一对刀仪8，第一刀具库9，加工转台10，第二刀具库11，第二对刀仪12，底板13，凹支撑工具头14，凸支撑工具头15。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是壁挂连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参考图1，本实施例提供了一种面向弱刚度石材的多机器人雕刻加工平台，其特征在于包括：加工机器人2、支撑机器人6、加工转台10、加工机器人控制柜1、支撑机器人控制柜7、第一刀具库9、第二刀具库11、快换装置库4、第一对刀仪8和第二对刀仪12；

所述加工转台10位于加工机器人2和支撑机器人6之间；

所述第一刀具库9、第二刀具库11分别作为加工机器人2和支撑机器人6的换刀库，位于加工机器人2和支撑机器人6的侧方；所述第一刀具库9、第二刀具库11有多个刀位，以存放不同尺寸和类型的加工刀具；

所述快换装置库4位于支撑机器人6一侧，包括加工主轴3和支撑装置5，结合气动快换装置以以将所述支撑装置5安装在支撑机器人的末端执行器上，加工机器人2加工弱刚度部位时，支撑工具5在对侧进行辅助支撑；

通过对石雕模型的加工过程进行受力分析，找到石材易断裂部位，并根据石材背部形状和大小的不同，选取不同大小的支撑装置组合和加工方法，完成弱刚度部位的支撑加工。

加工机器人控制柜1和支撑机器人控制柜7用于加工机器人2和支撑机器人6的驱动和控制。

加工机器人2和支撑机器人6分别位于加工转台10两侧，负责石材雕刻时的加工和支撑工作。加工机器人2末端装有加工主轴3，支撑机器人6末端装有支撑装置5。

第一对刀仪8位于加工机器人2一侧，完成加工机器人2的对刀工作，第二对刀仪12位于支撑机器人6一侧。完成刀具更换后，调用机器人对刀程序，机器人移动至对刀仪上方，运动至刀具垂直，然后快速向对刀仪移动，接近时速度放缓，直至刚好接触，触发回弹信号，机器人末端抬起，完成对刀流程，机器人程序根据所得数据自动进行刀具长度补偿。

第一刀具库9和第二刀具库12分别作为加工机器人2和支撑机器人6的换刀库，位于两机器人侧方。两个换刀库有多个刀位，可以存放不同尺寸和类型的加工刀具。

快换装置库4位于支撑机器人6侧方，其内放有加工主轴和支撑装置5，支撑机器6人结合快换装置可以实现加工主轴和支撑装置5的切换，完成不同的任务。也就是说，加工机器人2的末端设置的是加工主轴3，而支撑机器人6的末端根据不同的任务可以设置加工主轴，也可以设置支撑装置5。

图2所示为支撑装置示意图，支撑装置由底板13和支撑工具头构成，所述底板有多种型号，不同型号大小和形状不同，其上整齐排列有很多圆孔，用于支撑工具头的放置和安装，所述支撑工具头有两种，凹工具头14和凸工具头15，所述凹工具头14上部凹陷，用于雕刻件突出部位的支撑，所述凸工具头15上部突起，用于雕刻件凹陷和平坦部位的支撑，所述支撑工具头为高分子材料，具有一定柔性。所述底板1背部中心位置含有法兰连接部件，这些位置对应的工具头放入其中不可移动，是固定的，也是提供支撑力的主要部位，其余支撑工具头在底板的安装方式为倒扣锁紧，工具头可以从底部插入并拔出，不可反向运动，所述倒扣结构有多层，可以实现工具头位置的多级调节。

所述方案的加工流程为：首先将石材模型导入cam编程软件，并在软件中进行毛胚模型形状和位置设定，根据选择的加工策略，软件自动生成加工刀路并进行仿真优化。对毛胚弱刚度部位尺寸进行度量，选取合适大小和形状的支撑装置。将毛胚模型导入有限元分析软件，选取弱刚度部位进行动载荷受力分析，并依次进行约束施加位置的确定，减小加工过程中弱刚度部位受到的应力。根据弱刚度部位形状和表面光滑程度的不同，选取固定支撑加工和移动支撑加工方式，对于支撑表面起伏较大的支撑面，选取固定支撑方式加工，根据有限元分析结果，选取几个合适的支撑位置，并根据加工侧刀路进行支撑机器人程序编写，两个机器人协同配合，完成弱刚度部位的加工。对于支撑表面光滑的弱刚度部位，选择移动支撑加工方式，支撑装置跟随加工刀具移动，以减小弱刚度部位受力。

对于非弱刚度部位，支撑机器人6可以通过换取加工主轴和加工机器人3进行协同加工，显著提高该系统的效率和应用场景。

所述支撑装置5具有较高柔性，可根据部件形状的不同调整工具头的伸出长度，以实现多点支撑，具有较好支撑性能。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均属于侵犯本发明保护范围的行为。