阅读说明：本技术 用于机器人辅助研磨的研磨机 (Grinding machine for robot-assisted grinding ) 是由 R·纳德雷 于 2018-04-19 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种研磨机,所述研磨机适用于机器人辅助的研磨过程。根据一个实施例,所述研磨机具有壳体；布置在所述壳体内部的电机；布置在所述壳体的内部中的电机轴上的风扇叶轮和与所述电机轴耦联的、用于容纳砂轮的支撑垫。所述支撑垫具有用于将研磨粉尘吸入到所述壳体的内部中的开口。所述研磨机此外具有布置在所述壳体的壁中的出口,所述出口用于从所述壳体的内部中抽出研磨粉尘,以及布置在所述壳体的壁中的止回阀。所述止回阀使空气能够从所述壳体的内部中流出,但是阻止空气被吸入到所述壳体的内部。(The present invention relates to a grinding machine which is suitable for a robot-assisted grinding process. According to one embodiment, the grinding mill has a housing; a motor disposed inside the housing; a fan impeller arranged on a motor shaft in the interior of the housing and a support pad coupled to the motor shaft for receiving a grinding wheel. The support pad has an opening for drawing abrasive dust into the interior of the housing. The grinding mill furthermore has an outlet arranged in the wall of the housing for withdrawing grinding dust from the interior of the housing, and a check valve arranged in the wall of the housing. The check valve allows air to flow out of the interior of the housing, but prevents air from being drawn into the interior of the housing.)

用于机器人辅助研磨的研磨机

技术领域

本发明涉及一种用于机器人辅助研磨的研磨机，特别是一种用于安装在操纵器上的紧凑且轻的研磨机。

背景技术

在机器人辅助的研磨装置中，研磨工具(例如具有旋转砂轮的电动研磨机)由操纵器，例如工业机器人，来引导。在这种情况下，研磨工具可以通过不同的方式与操纵器的所谓的TCP(Tool Center Ponit(工具中心点))耦联，从而可以实际上任意地调节工具的操纵器位置和方向。工业机器人通常是位置调节的，这使得TCP能够沿着期望的轨迹精确地运动。为了在机器人辅助的研磨中获得良好的结果，在许多应用中需要调节过程力(研磨力)，这通过传统工业机器人常常难以以足够的精度来实现。工业机器人的大而重的臂段具有太大的惯性，以至于调节器(闭环控制器)不能够足够快地对过程力的波动作出反应。为了解决这个问题，可以在操纵器的TCP和研磨工具之间布置一个与工业机器人相比较小的线性致动器，该线性致动器将操纵器的TCP与研磨工具耦联起来。线性致动器在研磨期间仅仅调节过程力(即在工具和工件之间的接触压力)，而操纵器使研磨工具连同线性致动器一起位置受控制地沿着可预先确定的轨迹运动。

对来说，传统的轨道研磨机或偏心研磨机性能较差，因为它们被设计用于手工工作。机器人可以更快地工作并且因此可以以更大的力工作并且由此需要更大的研磨效率。但是，小而紧凑的结构型式在轨道研磨机或偏心研磨机中会引起热问题。此外，小软管和电缆的弯曲力会产生干扰力，该干扰力会改变在研磨期间的过程力，但是该干扰力不能够被调节器消除。

发明人的目的是开发一种紧凑型的研磨机，该研磨机适用于机器人辅助的研磨并且实现对在研磨期间的过程力的相对精确的调节。

发明内容

上面所述的目的通过根据权利要求1所述的研磨机，根据权利要求7所述的方法和根据权利要求10所述的装置来实现。不同的实施方式和扩展方案是从属权利要求的主题。

描述了一种研磨机，所述研磨机适用于机器人辅助的研磨过程。根据一个实施例，所述研磨机包括壳体、布置在所述壳体的内部的电机、布置在所述壳体的内部的电机的电机轴上的风扇叶轮和与所述电机轴耦联的、用于容纳砂轮的支撑垫。所述支撑垫具有用于将研磨粉尘吸入到所述壳体的内部的开口。所述研磨机此外包括布置在所述壳体的壁中的出口，所述出口用于从所述壳体的内部抽出研磨粉尘，以及布置在所述壳体的壁中的止回阀。所述止回阀使空气能够从所述壳体的内部流出，但是阻止空气被吸入到所述壳体的内部。

此外描述了一种用于机器人辅助研磨的装置。根据一个实施例，所述装置包括操纵器、研磨机、线性致动器，所述线性致动器将所述研磨机与所述操纵器的TCP相耦联，和抽吸设备，所述抽吸设备与在所述研磨机的壳体中的出口相连接。

最后描述了一种用于冷却研磨机的方法，所述研磨机包括用于容纳砂轮的可旋转的支撑垫，根据一个实施例，所述方法包括：借助于抽吸设备在所述研磨机的壳体的内部产生负压，所述抽吸设备经由在壳体壁中的空气出口与所述壳体的内部相连接。在这种情况下，通过所述负压产生通过在所述支撑垫中的开口的空气流，所述空气流将研磨粉尘运送到所述壳体的内部。所述研磨粉尘然后通过在所述壳体壁中的出口被抽出。同时地，通过所述空气流，布置在所述壳体的内部的电机也被冷却。在非启动的抽吸设备的情况下，所述方法包括：借助于风扇叶轮通过在所述支撑垫中的开口产生用于冷却所述电机的另一个空气流，由此在所述壳体的内部产生背压，从而布置在所述壳体壁中的止回阀打开，并且所述另一个空气流可以流出。

附图说明

在下面将借助于在附图中示出的示例更详细地解释本发明。这些视图不是强制性地按正确比例绘制的，并且本发明不仅仅限于所示出的这些方面。相反，重点在于说明本发明所基于的原理。在图中所示：

图1示意性地示出了机器人辅助的研磨装置的示例。

图2示出了具有组合的空气冷却和抽吸的轨道研磨机的示意性的示例。

图3示出了在具有非启动的抽吸设备的情况下的图2中的示例。

图4在从下观察的视图中示出了图2中的具有开口的旋转支撑件(支撑垫)。

图5A和5B一起的图5示出了在机器人辅助的研磨设备上的电缆布线的示例。

具体实施方式

在详细解释本发明的各个不同的实施例之前，首先描述机器人辅助的研磨装置的一个示例。该研磨装置包括操纵器1，例如工业机器人和具有旋转研磨工具的研磨机10(例如轨道研磨机)，其中，所述旋转研磨工具通过线性致动器20与操纵器1的所谓的工具中心点(TCP)相耦联。在具有六个自由度的工业机器人的情况下，操纵器可以由四个节段2a，2b，2c和2d构造成，它们分别通过关节3a，3b和3c连接起来。第一节段在此通常与基座41刚性地相连接(但是这种情况并非是强制性的)。关节3c连接节段2c和2d。关节3c可以是2轴的并且允许节段2c围绕水平旋转轴(仰角)和垂直旋转轴(方位角)旋转。关节3b连接节段2b和2c并且允许节段2b相对于节段2c的位置进行枢转运动。关节3a连接节段2a和2b。关节3a可以是2轴的并且因此(与关节3c类似地)允许在两个方向上的枢转运动。TCP具有与节段2a固定的相对位置，其中，该节段2a通常还包括旋转关节(没有示出)，该旋转关节允许围绕节段2a的纵向轴线A的旋转运动(在图1中以虚线示出，对应于研磨工具的旋转轴线)。关节的每个轴与一个致动器相关联，该致动器可以引起围绕相应的关节轴线的旋转运动。在关节中的致动器由机器人控制器4根据机器人程序进行控制。

操纵器1通常是位置调节的，也就是说，机器人控制器可以规定TCP的姿态(位置和方向)并且使TCP沿着预先限定的轨迹运动。在图1中，TCP所位于的节段2a的纵向轴线用A表示。当致动器20抵接在一个端部止动件上时，则通过TCP的姿态也限定了研磨工具的姿态。如开头已经提到的那样，致动器20用于在研磨过程期间将在工具(研磨机10)和工件40之间的接触力(过程力)调节到期望的值上。通过操纵器1进行的直接的力调节对于研磨应用来说一般地是太不精确的，因为由于操纵器1的节段2a-c的高的惯性，借助于传统操纵器来快速地补偿力的峰值(例如在将研磨工具放置到工件40上时)实际上是不可能的。由于这个原因，机器人控制器被设计用于调节操纵器的TCP的姿态，而力的调节仅仅由致动器20来完成。

如已经提到的那样，在研磨过程期间，借助于(线性)致动器20和力调节器(该力调节器例如可以在控制器4中实现)，可以如此地调整在工具(研磨机10)和工件40之间的接触力FK(也称为过程力)，即在研磨工具和工件40之间的接触力(在纵向轴线A的方向上)对应于一个可预先确定的目标值。在这种情况下，所述接触力是对致动器力的反作用力，线性致动器20利用该致动器力压在工件表面上。在工件40和工具之间没有接触的情况下，致动器20由于在工件40上没有接触力而朝着一个端部止动件运动(该端部止动件没有示出，因为被集成在致动器20中)。操纵器1的位置调节器(该位置调节器同样可以在控制器4中实现)可以与致动器20的力调节器完全独立地工作。致动器20不负责研磨机10的定位，而仅仅负责在研磨过程期间调整和保持所期望的接触力以及识别在工具和工件之间的接触。

致动器可以是气动致动器，例如双作用的气缸。然而，其他气动致动器也是可以使用的，例如波纹管式液压缸和空气肌肉。作为替代方案，也可以考虑电动的直接驱动器(无传动机构的)。应该注意的是，致动器20的作用方向不一定必须与操纵器的节段2a的纵向轴线A重合。在气动致动器的情况下，力调节可以以本身已知的方式借助于调节阀，调节器(其在控制器4中实现)和压缩空气储存器来实现。然而，具体的实施对于进一步的解释并不重要，并且因此也不更详细地进行描述。研磨机一般地具有抽吸设备，以将研磨粉尘抽吸出来。在

图1中示出了用于抽吸设备的软管的连接头15。以后还要更详细地讨论该抽吸设备。

如开头所提到的那样，研磨机的惯性可以对接触力(过程力)的精确调节起作用。但是，研磨机的小而紧凑的结构型式导致更大的功率密度，这又在相对小的空间中引起大的热量放出(和相应地高的温度)。在轨道研磨机的情况下，一方面在研磨机的电机中和另一方面在偏心轴承中产生损失热量(例如欧姆损耗、铁损、在轴承中的摩擦损失)，所述偏心轴承实现轨道运动。在这里示出的示例中，除了其他方面以外，紧凑的结构型式是通过将冷却和抽吸组合起来而实现的。也就是说，在“正常”运行中，由对研磨粉尘的抽吸引起的气流同时被用于冷却。

图2示出了具有组合的冷却和抽吸的研磨机10的示意性示例。研磨机10可以如在图1中所示的那样安装在操纵器1上，以下实现机器人辅助的研磨过程。图2是沿着研磨机10的纵向轴线A的示意性的纵截面图(该纵向轴线可以与节段2a的轴线重合，参见图1)。研磨机10包括壳体11，该壳体11可以具有(但不是必须具有)基本上圆柱形的基本形状。在壳体11中布置有电机12。电机12的电机轴的旋转轴线也对应于研磨机10的纵向轴线A。在本示例中，电机轴经由偏心轴承16与旋转支撑件19(支撑垫，衬垫)耦联，在运行中砂轮被安装在该支撑件上。砂轮例如可以借助于尼龙搭扣(维可牢尼龙刺粘搭链Velcro，钩环紧固件)被安装在旋转支撑件上。偏心轴承16允许旋转支撑件围绕偏心的旋转轴线A'旋转，该偏心的旋转轴线A'围绕纵向轴线A旋转。在电机轴(旋转轴线A)和偏心轴(旋转轴线A')之间的轴向偏移在图2中用e表示。旋转支撑件19的驱动的基本结构本身是已知的并且因此不更详细地进行解释。

如所提到的那样，研磨机，特别是轨道研磨机，可以与用于抽吸研磨粉尘的抽吸设备耦联。抽吸设备——类似于真空吸尘器-产生负压并且借助于软管与壳体11的内部相耦联。在本示例中，抽吸设备的软管可以连接到空气出口15上。在研磨运行期间，空气通过在旋转支撑件19中的开口17被吸入，其中，粉尘颗粒被空气流通过开口17运送到壳体11的内部中并且最终通过空气出口15抽出。通过壳体11的空气流在图2中通过虚线箭头示出。由于在壳体的内部的由抽吸设备产生的负压(在内部中的压力pi小于环境压力pa)，在图2中所示的止回阀14被关闭，该止回阀将壳体11的内部与环境连接起来。在所示的带有启动的抽吸设备和关闭的止回阀14的状况下，安装在电机轴上的轴流式风扇13实际上是冗余的并且增强了由抽吸设备引起的空气流。

由抽吸引起的空气流同时冷却壳体的内部并且带走电机12和偏心轴承16的热量。由于紧凑的结构型式，为了防止研磨机过热，这种冷却是必要的。如果没有冷却，超过150°的温度可能会损坏电机或机械部件。现在，在运行中存在这样的危险，即抽吸设备由于某种原因不能按照规定地工作，例如因为工人忘记接通抽吸设备，或者因为空气软管已经脱落等等。在传统的研磨机中，这一般地是不成问题的，因为一方面由于结构型式不太紧凑使得废热较少，并且另一方面，抽吸和冷却是两个彼此独立的子系统。但是，这里描述的具有组合的冷却和抽吸的研磨机的紧凑的结构型式取决于正常工作的抽吸设备，除非采取其他的措施，当抽吸设备不正常工作时，这些其他的措施防止研磨机过热。当抽吸设备失效时，轴流式风扇13不总是能够产生足够的对流，特别是当通过空气出口15的流动阻力太高时。例如在抽吸设备通过软管与空气出口15连接，但是抽吸设备被关闭或者失效的状况下，可以发生这种情况。

图3示出了在具有未启动的抽吸设备的状况下来自图2中的示例。但是，为了防止研磨机10的过热，在电机12的电机轴上安装了(对于具有抽吸设备的正常的运行来说实际上是多余的)轴流式风扇(风扇叶轮，螺旋桨)，该轴流式风扇可以为了冷却的目的而产生通过壳体的内部的空气流。如在图3中所示的那样，轴流式风扇也通过开口17吸入空气并且产生用于冷却壳体11的内部的空气流。如所提到的那样，可能出现这样的状况，在该状况下不能确保由轴流式风扇12产生的空气流能够通过出口15被向外部吹出。如果在出口15上示例如还安装有软管，那么软管的空气阻力可能很大，以至于轴流式风扇12不能够产生足够的体积流量来充分地冷却壳体的内部。由于这个原因，在图2和3中所示的研磨机具有止回阀14，该止回阀使空气能够从壳体11的内部流出到环境中。在未启动的抽吸设备的情况下，轴流式风扇在壳体中产生内部压力pi(背压)，内部压力该大于环境压力pa。因此，止回阀打开，并且空气可以在相对较低的空气阻力通过止回阀14从壳体逸出并且同时排出热量。因此，在没有单独的(与抽吸设备独立的)冷却设备的机器中，轴流式风扇13——在与止回阀14的组合下——是一种安全特征，当抽吸设备不产生足够的空气流来冷却电机时，该安全特征了防止电机的过热。轴流式风扇可以是(但不是必须是)在壳体11中的唯一的风扇。在此处应该再次强调，在“正常的”运行中，在启动的抽吸设备的情况下，冷却电机的空气流由抽吸设备来产生。

图4以从下方观看的视图示出了具有开口17的旋转支撑件19(支撑垫)。如提到的那样，支撑件19的表面可以是粘附性的(例如借助于尼龙搭扣)，以便将砂轮安装在其上。在图4中也示出了电机轴的旋转轴线A和支撑件19的偏心旋转轴线A'。应该注意的是，在这里描述的实施例不限于轨道研磨机。参考图2和3描述的组合的冷却和抽吸也可以应用于其他的具有旋转研磨工具(砂轮)的研磨机，即使研磨工具实施纯的旋转运动而不是轨道运动。

如开头所提到的那样，研磨机的紧凑且轻质的结构型式可以有助于减小惯性力和改善对接触力的调节。可在接触力的调节中起作用的另一方面是干扰力，这些干扰力由电缆和软管的弯曲引起。这些干扰力与致动器20平行地(在研磨机10和操纵器1的TCP之间)起作用并且因此不能够容易地通过致动器来补偿。图5A和5B示出了在具有研磨机10和致动器20的机器人辅助的研磨装置上的电缆布线的示例，其中，用于运行研磨机所需要的电缆(电线)大致沿着螺旋状的曲线围绕纵向轴线A进行布线。图5A是从前面看的示意图，而图5B是从下面看的示意图。

沿着大致螺旋状的曲线(至少部分地)围绕研磨机10和致动器20对一条或多条电缆18进行的布线使得在改变致动器20的偏转a时电缆18的弯曲尽可能少地改变。此外，由于电缆18的弯曲，螺旋状的电缆布线通常能够实现沿着纵向轴线A(也就是说，沿着致动器的作用方向)的非常低的干扰力。与其相比地，在常规的电缆布线的情况下，其中电缆18(或这些电缆)在致动器20的一侧上被弯曲成环，干扰力可以显著更大和更强烈地改变。

连接在出口15(参见图3)上的软管(没有示出)，砂磨粉尘通过该软管被抽出，可以以与这个(这些)电缆18类似的方式沿着螺旋状的曲线来引导。多个电缆18可以一起在电缆软管中进行引导。如在图5所示的那样，电缆18的一个端部与研磨机10相连接(并且被引导穿过壳体11的壁)，相反，电缆18的另一个端部与操纵器1的最外的节段2a机械地连接。

在下文中总结了在这里描述的实施例的一些重要的方面。但是，以下内容不应被理解为完整的列举，而仅仅作为示例性的列举。一个实施例涉及一种研磨机10，该研磨机适用于机器人辅助的研磨过程(参见图2)。该研磨机具有壳体11、布置在壳体内部的电机12、布置在壳体内部的电机12的电机轴上的风扇叶轮13和与电机轴耦联的、用于容纳砂轮的可旋转的容纳体(支撑垫)。所述支撑垫具有用于将研磨粉尘吸入到壳体11内部的开口17。研磨机10此外具有布置在壳体的壁中的出口15，所述出口用于从壳体11内部抽出研磨粉尘，以及布置在壳体11的壁中的止回阀14。止回阀14使空气能够从壳体的内部流出，但是阻止空气被吸入到壳体的内部(参见图2和图3)。

在另一个实施例中，电机12被这样地布置在壳体11的内部空间中，即，借此将研磨灰尘运走的、从在支撑垫19中的开口17流向出口15的空气流也冷却电机12。因此，为了抽吸而产生的气流也被用于冷却发动机。在轨道研磨机的情况下，研磨机具有偏心轴承16，该偏心轴承将电机轴与支撑垫19连接起来，使得支撑垫19可以进行轨道运动。所提到的、借此将研磨灰尘运走的、从在支撑垫19中的开口17流向出口15的空气流在这种情况下也冷却偏心轴承16。

在缺少通过出口15的抽吸的情况下，借助于风扇叶轮13通过在支撑垫19中的开口17被吸入的空气通过止回阀14(参见图3)流出。换句话说，实施风扇叶轮13在壳体11的内部中产生背压，使得空气可以从壳体11的内部中通过止回阀14流出到环境中。

为了减少由于与研磨机相连接的电缆和软管而引起的干扰力，用于向电机12供给电流的电缆18可以大致螺旋状地围绕壳体11布线。

另一个方面涉及一种用于机器人辅助研磨的装置，所述装置具有操纵器1(例如工业机器人)，根据在这里描述的示例的研磨机10，线性致动器20，所述线性致动器将研磨机10与所述操纵器的TCP相耦联，和抽吸设备，所述抽吸设备与在所述研磨机的壳体中的出口相连接(参见图1和2)。另一个方面涉及一种用于冷却研磨机10的方法，所述研磨机具有用于容纳砂轮的可旋转的支撑垫19。所述方法包括借助于抽吸设备在研磨机10的壳体11的内部中产生负压，所述抽吸设备经由在壳体壁中的空气出口15与所述壳体的内部相连接(参见图2和3)。在这种情况下，通过所述负压产生通过在支撑垫19中的开口17的空气流，所述空气流将研磨粉尘运送到壳体11的内部中。研磨粉尘然后通过在壳体壁中的出口15被抽出。同时，通过空气流，布置在壳体的内部中的电机也被冷却。在未启动的抽吸设备的情况下，所述方法包括：借助于风扇叶轮13通过在支撑垫19中的开口17产生用于冷却电机12的另一个空气流，由此在壳体11的内部中产生背压，从而布置在所述壳体壁中的止回阀14并且另一个空气流可以流出。