孫渤

摘 要 本文主要闡述工業(yè)機(jī)器人在打磨拋光領(lǐng)域的智能應(yīng)用，首先，概述打磨拋光機(jī)器人及應(yīng)用系統(tǒng);然后，詳細(xì)分析浙江萬豐科技開發(fā)股份有限公司掌握的打磨拋光核心技術(shù)以及深厚工藝;最后，介紹該公司研發(fā)的打磨拋光成套設(shè)備成功應(yīng)用的典型案例。

關(guān)鍵詞 機(jī)器人;打磨拋光;離線編程;誤差補(bǔ)償;力-運(yùn)動混合控制

引言

近年來，工業(yè)化的自動化裝置發(fā)展速度，其最為突出的是PLC，可編程控制器因其抗干擾能力強(qiáng)、性能穩(wěn)定、應(yīng)用靈活、安裝和調(diào)試方便，維護(hù)簡單等優(yōu)點(diǎn)。在五自由度工件加緊機(jī)構(gòu)的拋光打磨機(jī)器人系統(tǒng)中引用PLC控制，可以極大地提高拋光效率，而且相對于其他的運(yùn)動控制卡和控制器而言，PLC控制具有成本低、穩(wěn)定性高、易于操作等優(yōu)勢。同時利用PLC控制與MCGS組態(tài)軟件技術(shù)的結(jié)合，能夠在保證拋光打磨機(jī)器人正常工作的情況下，實(shí)時顯示各部件的工作狀態(tài)，快速對故障做出預(yù)警和報警，實(shí)現(xiàn)拋光系統(tǒng)的智能化。

1打磨機(jī)器人系統(tǒng)組成及打磨控制流程

打磨機(jī)器人系統(tǒng)采用由埃夫特機(jī)器人公司研發(fā)的六軸工業(yè)機(jī)器人ER50-C10，打磨系統(tǒng)包括PLC、打磨砂帶機(jī)、拋光機(jī)、和壓力傳感器、安裝在機(jī)器人第六軸的夾具組成的一個閉環(huán)控制系。當(dāng)開始打磨時，安裝在機(jī)器人第六軸的夾具夾持圓形排氣管，放置在轉(zhuǎn)動的打磨砂帶機(jī)上進(jìn)行打磨，打磨下壓力的大小實(shí)時被壓力傳感器檢測，傳感器將檢測壓力值轉(zhuǎn)換為電信號傳遞給PLC，PLC判斷壓力大小，輸送給機(jī)器人控制系統(tǒng)，從而控制機(jī)器人打磨壓力的大小，通過多次試驗設(shè)定合適的壓力值，如果打磨的壓力大于正常壓力，則機(jī)器人六軸向相反方向移動一定距離，即減小打磨壓力，如果打磨的壓力值小于正常壓力值，則機(jī)器人六軸向正方向移動一定距離，即增大打磨壓力，如果打磨壓力值在允許的打磨壓力范圍之內(nèi)，則進(jìn)行正常的打磨程序運(yùn)行[1]。

2打磨拋光機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)

2.1 基于離線編程的機(jī)器人軌跡規(guī)劃

類似于輪轂、發(fā)動機(jī)水殼體、水龍頭等工件，由于需要打磨的工件外形曲面、曲線比較復(fù)雜，一般需要有上千點(diǎn)構(gòu)成的打磨軌跡，若通過人工手動示教打磨機(jī)器人軌跡，不僅需要耗費(fèi)大量的時間和精力，而且僅靠人為視覺觀測，主觀隨意性很大，生成的機(jī)器人運(yùn)動軌跡存在很大誤差。因此，本文通過導(dǎo)入工件的3D模型，選擇相應(yīng)的打磨曲面（曲線），通過積累的打磨工藝，設(shè)置最佳磨具的工藝參數(shù)（包括：接觸力、接觸角度、移動速度及重疊度、工具轉(zhuǎn)速及補(bǔ)償量、工件的打磨量等），并基于機(jī)器人及磨具的內(nèi)建模型，將磨具的打磨軌跡轉(zhuǎn)化為機(jī)器人的運(yùn)動軌跡，然后在仿真軟件中模擬機(jī)器人的打磨軌跡，避免磨具、機(jī)器人本體與工件等設(shè)備的相互干涉，同時修正和優(yōu)化打磨軌跡及姿態(tài)。本軟件可將原來需要幾天才能完成的人工示教工作，縮短至幾十分鐘，同時在產(chǎn)品規(guī)格切換時減少停機(jī)調(diào)試時間，極大地提升了工作效率。

2.2 打磨拋光機(jī)器人系統(tǒng)研究

對于目前常用的集中式控制系統(tǒng)來說，易于實(shí)現(xiàn)且比較簡單，但是存在不足和缺陷，比如機(jī)器人的靜態(tài)誤差以及使用過程中的動態(tài)性能指標(biāo)對于打磨拋光來說很難達(dá)到要求，控制系統(tǒng)的綜合工作能力及運(yùn)行水平有所局限，滿足不了高質(zhì)量水準(zhǔn)。本文中機(jī)器人控制系統(tǒng)將交流伺服電機(jī)的電流環(huán)和速度環(huán)由伺服驅(qū)動器控制，由運(yùn)動控制器完成電機(jī)轉(zhuǎn)動角度位置環(huán)控制，從而實(shí)現(xiàn)分布式控制。本文中打磨拋光裝置采用獨(dú)立恒力系統(tǒng)控制解決機(jī)器人運(yùn)行誤差，調(diào)試及使用方便、研制周期短、可靠性高。各產(chǎn)線打磨模塊單元比較分散，因此，智能打磨拋光控制采用分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人與產(chǎn)線功能部件I/O對接，進(jìn)行信息交互，協(xié)調(diào)各單元工作[2]。

2.3 觸摸屏人機(jī)交互界面設(shè)計

其人機(jī)交互界面采用的是MCGS組態(tài)軟件，是一套基于Windows平臺的，用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件。其設(shè)計思想獨(dú)特，能夠完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、流程控制、動畫顯示、實(shí)時數(shù)據(jù)處理和報警等功能，具有性能好、穩(wěn)定性高等選點(diǎn)。觸摸屏的設(shè)計包括變量設(shè)置和界面設(shè)置。變量設(shè)置是將MCGS的組態(tài)功能與PLC相應(yīng)的I/O口以及存儲單元建立通道連接，實(shí)現(xiàn)觸摸屏對PLC的控制。最后一般通過上位機(jī)的RS-232串行口和PLC上的編程口，建立物理上的通訊連接，從而達(dá)到操作PLC的目的。

2.4 力-運(yùn)動混合控制

在有光潔度要求的拋光作業(yè)或是毛刺大小、厚度分布不均勻且出現(xiàn)位置隨機(jī)的精細(xì)去毛刺作業(yè)中，機(jī)器人及工件定位設(shè)備誤差明顯，傳統(tǒng)的固定軌跡和剛性工具無法完成高質(zhì)量的打磨。筆者研發(fā)出帶有力反饋的浮動磨頭，其可在作業(yè)中根據(jù)力反饋的大小實(shí)時調(diào)整軌跡運(yùn)行速度;針對機(jī)加工之后的去毛刺及表面拋光作業(yè)，筆者研發(fā)一種基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)的具有主動力控制的三自由度末端執(zhí)行器，其可在一定范圍內(nèi)浮動，并保證在打磨方向上的恒力輸出，力控制精度在力幅的5%以內(nèi)，有效地提升了打磨精度。

2.5 摩托車鋁合金輪轂打磨

摩托車鋁合金輪轂打磨設(shè)備由1臺上下料機(jī)器人、2臺打磨機(jī)器人、2套打磨平臺及視覺識別定位裝置、2套可浮動打磨工具組成，可實(shí)現(xiàn)對摩托車鋁合金輪轂的分模線處進(jìn)行去毛刺作業(yè)。通過視覺識別技術(shù)和浮動打磨工具的配合作業(yè)，該設(shè)備成功解決了分模線分布隨機(jī)厚度不均的毛刺，實(shí)現(xiàn)分模線處打磨量均勻分布，且具有很好的一致性;在保證質(zhì)量的同時，提升打磨效率，將每個產(chǎn)品的打磨時間縮短至30s（人工平均40s）;結(jié)合離線編程和精度補(bǔ)償標(biāo)定，同一個打磨平臺可兼容10種以上的輪轂類型，產(chǎn)品切換方便[3]。

3結(jié)束語

本文從理論分析和工程應(yīng)用方面研究打磨排氣管工藝，采用壓力傳感器對打磨力進(jìn)行有效的控制;優(yōu)化了打磨軌跡，并通過示教編程對排氣管進(jìn)行打磨;根據(jù)打磨軌跡的不同，分別采用兩種示教編程方法，實(shí)驗表明采用優(yōu)化后的打磨軌跡，打磨質(zhì)量得到提高，減少了打磨耗時;采用工具坐標(biāo)對打磨拋光輪的損耗進(jìn)行了適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償，從總的打磨效果來看，取得了預(yù)期的實(shí)驗效果，打磨拋光的效率得到提高。

參考文獻(xiàn)

[1] 王淼，楊宜民，李凱格，等.拋光打磨機(jī)器人智能控制系統(tǒng)研究與開發(fā)[J].組合機(jī)床與自動化加工技術(shù)，2015（12）：94-96.

[2] 陳躍程，劉偉.鑄件清理打磨自動化技術(shù)及其應(yīng)用[J].鑄造設(shè)備與工藝，2015（5）：1-6.

[3] 劉廣保，趙吉賓，田鳳杰.基于力控制的機(jī)器人研拋工藝研究[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2015（2）：119-123.