基于力控與智能編程技術的機器人磨拋工藝研究

趙森

摘要：機器人打磨拋光工藝作為制造業當前智能化發展的重要技術之一，結合機器人打磨拋光工藝組成以及力控技術、離線技術等為基礎，積極對其具體應用以及示教編程等進行詳細研究，目的在于更詳細地了解與認識機器人打磨拋光工藝，挖掘其應用價值。

關鍵詞：機器人打磨拋光;傳感器;壓力檢測;示教編程

中圖分類號：TG580.692? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）05-0025-02

0? 引言

機器人打磨拋光是制造業升級轉型的重要表現，不僅幫助制造業提高地制造效率，同時也提高了制造質量。市場多元化發展背景下，制造業發展面臨更多挑戰，科學技術研究的支持，為機器人行業發展提供了巨大推動力，很多行業中開始應用到機器人打磨拋光工藝。改善傳統打磨拋光工藝中質量不達標、制造效率低等不足，減少人工打磨壓力。當然機器人打磨拋光工藝應用中同樣存在很多影響因素，例如拋光處理所涉及的材質以及砂帶、拋光輪、工業蠟等。結合具體工藝情況進一步完善打磨拋光工藝，提高其應用效率。

1? 機器人打磨拋光系統組成

機器人打磨拋光工藝的應用，運行系統包括拋光機、打磨砂帶機、壓力傳感器與PLC，此次研究的機器人打磨拋光系統主要來自機器人ER50-C10，將系統元件與夾具相契合，組成機器人打磨拋光閉環控制系統[1]。機器人打磨拋光系統運行期間，第六軸夾具將在排氣管固定夾持，并轉動打磨砂帶機，將圓形排氣管放置上面，隨后開始打磨處理。壓力傳感器會實時檢測打磨壓力變化，及時轉換檢測到的打磨壓力值，將其轉化成電信號形式，傳遞到系統的PLC，及時對壓力大小進行判斷。

打磨處理過程中，所有數據資料都需傳輸至控制系統，結合打磨規格標準，控制系統適當調整壓力變化。及時組織多次控制實驗，計算實驗平均壓力值，以此為標準，調整實際打磨中的壓力變化。若打磨期間相較平均值壓力較大，則機器人需控制六軸，調整移動反向方向，拉開一些距離，將打磨壓力減小。若相較平均值較小，則需要調整移動正向方向，并拉開一些距離，將打磨壓力加大。若在平均值可允許范圍之內，則根據正常運行即可。機器人打磨拋光系統需及時對打磨壓力值進行控制，由此保證打磨控制流程順利進行。具體流程詳見圖1。

2? 機器人打磨拋光工藝應用領域介紹

近些年科學技術發展與制造業革新成果顯著，機器人打磨拋光應用領域逐漸增加。如打磨領域，對尺寸并沒有較高要求，同時粗糙度規格較低，拉絲或者內墻內控去毛刺、工件棱角清理以及孔口螺紋處理等。雖然能夠以手工操作完成，但是操作強度較大，若人工處理效率并不高，同時噪音以及粉塵等還會對工人健康造成傷害。這種情況下就可以應用機器人打磨處理，提高處理效率[2]。亦或是制造工件具有光澤度高標準要求，但是曲面過于復雜，粗糙度比較高。利用機器人打磨拋光技術工藝，有效提高工件光澤度，改善粗糙問題。例汽車外殼相關部件或者衛浴模具等。若工件精度要求非常高，加上外形曲面相對復雜，粗糙度處理標準嚴格，同樣需要應用到機器人打磨拋光，如航空發動機葉片或者其他復雜機械發動機葉片等，葉片本身外形設計比較特殊，加上結構剛性不是很理想，相對來講材料加工難度大，傳統的銑削工藝已經不能達到規定標準，因此必須應用機器人打磨拋光工藝深入處理。

3? 機器人打磨拋光關鍵技術介紹

3.1 智能編程基礎上的軌跡規劃

機器人打磨拋光技術應用操作，均結合示教編程基礎引導，合理規劃軌跡線路。如發動機缸體、缸蓋和汽車排氣管道等，都屬于外形曲面，相對普通工件來講曲面更多、更復雜，必須合理規劃打磨軌跡[3]。人工打磨處理不僅效率低，消耗時間與精力多，同時還會出現視覺觀測誤區或者盲區，打磨效果不夠理想。以3D模型為參考，制定詳細具體的打磨拋光處理曲面，及時計算核對打磨拋光參數，確定參數后錄入到系統中。具體參數涉及接觸力、重疊度以及接觸角度以及補償量等[4]。根據機器人系統參數分析，創建拋光打磨模型，調整磨具轉化軌跡，及時在仿真軟件中進行打磨軌跡驗證，盡量減少磨具、機器人等的相互影響。智能編程節省更多人工處理時間，并持續性進行打磨拋光，不僅將停機調整的時間有效縮短，在很大程度上提高工件打磨拋光處理效率。

3.2 人機交互模式的設計實施

機器人打磨拋光工藝中，還包含人機交互模式，以觸摸屏為載體，主要軟件為MCGS，在Windows平臺支持下，打造機器人運行監控系統。觸摸屏人機交互模式的設計，不僅可以迅速對現場打磨拋光數據進行采集分析，同時控制整個運行流程，以動畫顯示的形式，及時對數據信息加以處理。不僅如此，人機交互模式還具有報警與問題分析等功能。整體上提高機器人打磨拋光系統運行穩定性，優化操作性能。觸摸屏功能中增加變量設置，搭配系統的界面設置，實時控制工件加工處理現狀。變量設置中包括PLC端口、MCGS組態功能、存儲單元，通過控制通道完成連接，幫助觸摸屏有效控制PLC。根據PLC編程口的運行與控制，及時連接上位機控制端口，由此實現物理連接，及時傳輸機器人打磨拋光處理消息，由此實現PLC的有效控制。

3.3 機器人打磨拋光力控制技術

力控制技術的原理主要以力-運動為主。很多工件打磨拋光期間對光潔度要求非常嚴格，并且工件本身存在厚度分布不平均的情況，所有環節處理都必須做到精細化。面對這種情況，必須正視機器人打磨拋光處理中設備定位方面的不足，尤其是明顯誤差。必須創新固定軌跡打磨形式，并調整打磨所應用的剛性工具。機器人打磨拋光中，可以應用浮動磨頭，在力反饋作用下，隨時對打磨軌跡進行調整，結合力的變化控制打磨運行速度[5]。對于表面拋光以及去毛刺等操作，在原有系統基礎上增加主動力控制執行器，能夠實現自由度末端靈活控制，在規定范圍內上下浮動，隨時為機器人運行打磨提供恒力輸出，如此便可以將打磨與拋光的處理力度控制到更精準范圍，順利完成打磨拋光處理的同時，還能夠改善打磨拋光不足，將打磨精度提高。

4? 機器人打磨拋光工藝運行控制

傳統制造業工件打磨處理中，拋光等編程相對復雜，不僅需要消耗大量工人資源，同時編程時間較長，常用編程控制方法為點到點示教編程。普通工件制造，涉及的點至少幾百個，多的點甚至上千個，若以傳統示教編程方法進行打磨拋光，不僅會增加編程處理時間，若中途出現人工編程差錯，還需要重新檢查編程。以汽車排氣管的打磨拋光處理為例，對示教編程方法展開研究。

①示教編程方法，結合排氣管打磨拋光具體特點，從打磨起始點開始，設為A1，依次排序為An、Bn、B1、C1、Cn……其中A1-An、B1-Bn，都包N個點，結合點個數，打磨工件的條件以及規格等，推算出其他點數。根據統計核算發現打磨程序中涉及點數為800多個，示教編程處理消耗時間達10小時。

②智能編程方法，根據汽車排氣管工件標準以及平面圖，同時綜合打磨特點，設定最終打磨直徑、AB長度以及CD長度分別為88、104、156，單位為mm。以正面與反面的形式劃分圓形工件，度數均為180°。智能編程方法的執行需提前設置好點位，分別為兩個點，起始點A、示教點B。打磨示教B點操作完畢，機器人根據PLC輸出指令夾持工件向左移動，以β角度逐漸移動，待達到加工制作工件的左端位置，開始按照β角度向右側打磨處理。若β角度達到10°，則機器人移動的總度數為20°，按照來回兩次計算。正曲面來回打磨次數必須≥9次，反曲面打磨次數同樣需≥9次。打磨處理期間機器人夾持來回打磨移動的距離會出現一些差異，主要因為起始點打磨與示教點之間打磨距離受到曲面影響會有差異。根據打磨長度計算，打磨總長156cm，點到點的距離達到104cm。角度變化情況下，正面打磨磨的距離也會出現變化，逐次增加，增加長度約2.9cm，反面打磨的距離變化與正面相反，逐次遞減，遞減長度約2.9cm。打磨角度設置主要包括2°、3°、10°，反復打磨的效果以角度變小最理想。但是機器人打磨拋光過程中，因為各方面因素影響，精度、穩定性會受到影響，無法做到絕對的打磨效果優良，所以還需要在打磨中做好檢查工作。打磨期間根據具體情況靈活旋轉打磨中的工件，由此保證打磨處理質量。

對兩種示教編程方法進行對比，詳見圖2、圖3，根據打磨圖片觀察，可以發現，②智能示教編程打磨效果明顯高于①傳統示教編程打磨，不僅打磨軌跡理想，同時質量也更高。

5? 結論

綜上所述，制造業的發展關系著國家經濟的穩定與市場發展需求，機器人打磨拋光在制造業中的應用，為制造業提供了更多便利條件。尤其是打磨拋光處理效率明顯提高，減輕人工處理壓力。并且以專有優勢提高打磨拋光精度與質量。通過對機器人打磨拋光系統組成與技術等分析，積極將傳統打磨拋光示教編程與全新智能編程進行對比，認識到全新智能編程的優勢，科學控制打磨軌跡，減少耗時，取得更理想的打磨效果，從多方面為機器人打磨拋光的應用途徑擴展創造有利條件。

參考文獻：

[1]葛桂林，騰揚剛.機器人進行不銹鋼鍋三自由度拋光打磨工藝設計[J].農業裝備與車輛工程，2019，057（008）：56-60.

[2]王伏銀，吳來發，尹化保.機器人在鑄件自動打磨工藝中的應用[J].中國鑄造裝備與技術，2018，053（003）：93-96.

[3]楊燕彬.簡述現代打磨拋光機器人的特點及發展趨勢[J].工程技術（文摘版），2016（6）：00269.

[4]周裕庚，俞桂英，孔祥斌，等.機器人智能打磨拋光技術與成套設備研究[J].機器人技術與應用，2019，187（01）：45-46.

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