基于力控与智能编程技术的机器人磨抛工艺研究

赵森

摘要：机器人打磨抛光工艺作为制造业当前智能化发展的重要技术之一，结合机器人打磨抛光工艺组成以及力控技术、离线技术等为基础，积极对其具体应用以及示教编程等进行详细研究，目的在于更详细地了解与认识机器人打磨抛光工艺，挖掘其应用价值。

关键词：机器人打磨抛光;传感器;压力检测;示教编程

中图分类号：TG580.692                                文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）05-0025-02

0  引言

机器人打磨抛光是制造业升级转型的重要表现，不仅帮助制造业提高地制造效率，同时也提高了制造质量。市场多元化发展背景下，制造业发展面临更多挑战，科学技术研究的支持，为机器人行业发展提供了巨大推动力，很多行业中开始应用到机器人打磨抛光工艺。改善传统打磨抛光工艺中质量不达标、制造效率低等不足，减少人工打磨压力。当然机器人打磨抛光工艺应用中同样存在很多影响因素，例如抛光处理所涉及的材质以及砂带、抛光轮、工业蜡等。结合具体工艺情况进一步完善打磨抛光工艺，提高其应用效率。

1  机器人打磨抛光系统组成

机器人打磨抛光工艺的应用，运行系统包括抛光机、打磨砂带机、压力传感器与PLC，此次研究的机器人打磨抛光系统主要来自机器人ER50-C10，将系统元件与夹具相契合，组成机器人打磨抛光闭环控制系统[1]。机器人打磨抛光系统运行期间，第六轴夹具将在排气管固定夹持，并转动打磨砂带机，将圆形排气管放置上面，随后开始打磨处理。压力传感器会实时检测打磨压力变化，及时转换检测到的打磨压力值，将其转化成电信号形式，传递到系统的PLC，及时对压力大小进行判断。

打磨处理过程中，所有数据资料都需传输至控制系统，结合打磨规格标准，控制系统适当调整压力变化。及时组织多次控制实验，计算实验平均压力值，以此为标准，调整实际打磨中的压力变化。若打磨期间相较平均值压力较大，则机器人需控制六轴，调整移动反向方向，拉开一些距离，将打磨压力减小。若相较平均值较小，则需要调整移动正向方向，并拉开一些距离，将打磨压力加大。若在平均值可允许范围之内，则根据正常运行即可。机器人打磨抛光系统需及时对打磨压力值进行控制，由此保证打磨控制流程顺利进行。具体流程详见图1。

2  机器人打磨抛光工艺应用领域介绍

近些年科学技术发展与制造业革新成果显著，机器人打磨抛光应用领域逐渐增加。如打磨领域，对尺寸并没有较高要求，同时粗糙度规格较低，拉丝或者内墙内控去毛刺、工件棱角清理以及孔口螺纹处理等。虽然能够以手工操作完成，但是操作强度较大，若人工处理效率并不高，同时噪音以及粉尘等还会对工人健康造成伤害。这种情况下就可以应用机器人打磨处理，提高处理效率[2]。亦或是制造工件具有光泽度高标准要求，但是曲面过于复杂，粗糙度比较高。利用机器人打磨抛光技术工艺，有效提高工件光泽度，改善粗糙问题。例汽车外壳相关部件或者卫浴模具等。若工件精度要求非常高，加上外形曲面相对复杂，粗糙度处理标准严格，同样需要应用到机器人打磨抛光，如航空发动机叶片或者其他复杂机械发动机叶片等，叶片本身外形设计比较特殊，加上结构刚性不是很理想，相对来讲材料加工难度大，传统的铣削工艺已经不能达到规定标准，因此必须应用机器人打磨抛光工艺深入处理。

3  机器人打磨抛光关键技术介绍

3.1 智能编程基础上的轨迹规划

机器人打磨抛光技术应用操作，均结合示教编程基础引导，合理规划轨迹线路。如发动机缸体、缸盖和汽车排气管道等，都属于外形曲面，相对普通工件来讲曲面更多、更复杂，必须合理规划打磨轨迹[3]。人工打磨处理不仅效率低，消耗时间与精力多，同时还会出现视觉观测误区或者盲区，打磨效果不够理想。以3D模型為参考，制定详细具体的打磨抛光处理曲面，及时计算核对打磨抛光参数，确定参数后录入到系统中。具体参数涉及接触力、重叠度以及接触角度以及补偿量等[4]。根据机器人系统参数分析，创建抛光打磨模型，调整磨具转化轨迹，及时在仿真软件中进行打磨轨迹验证，尽量减少磨具、机器人等的相互影响。智能编程节省更多人工处理时间，并持续性进行打磨抛光，不仅将停机调整的时间有效缩短，在很大程度上提高工件打磨抛光处理效率。

3.2 人机交互模式的设计实施

机器人打磨抛光工艺中，还包含人机交互模式，以触摸屏为载体，主要软件为MCGS，在Windows平台支持下，打造机器人运行监控系统。触摸屏人机交互模式的设计，不仅可以迅速对现场打磨抛光数据进行采集分析，同时控制整个运行流程，以动画显示的形式，及时对数据信息加以处理。不仅如此，人机交互模式还具有报警与问题分析等功能。整体上提高机器人打磨抛光系统运行稳定性，优化操作性能。触摸屏功能中增加变量设置，搭配系统的界面设置，实时控制工件加工处理现状。变量设置中包括PLC端口、MCGS组态功能、存储单元，通过控制通道完成连接，帮助触摸屏有效控制PLC。根据PLC编程口的运行与控制，及时连接上位机控制端口，由此实现物理连接，及时传输机器人打磨抛光处理消息，由此实现PLC的有效控制。

3.3 机器人打磨抛光力控制技术

力控制技术的原理主要以力-运动为主。很多工件打磨抛光期间对光洁度要求非常严格，并且工件本身存在厚度分布不平均的情况，所有环节处理都必须做到精细化。面对这种情况，必须正视机器人打磨抛光处理中设备定位方面的不足，尤其是明显误差。必须创新固定轨迹打磨形式，并调整打磨所应用的刚性工具。机器人打磨抛光中，可以应用浮动磨头，在力反馈作用下，随时对打磨轨迹进行调整，结合力的变化控制打磨运行速度[5]。对于表面抛光以及去毛刺等操作，在原有系统基础上增加主动力控制执行器，能够实现自由度末端灵活控制，在规定范围内上下浮动，随时为机器人运行打磨提供恒力输出，如此便可以将打磨与抛光的处理力度控制到更精准范围，顺利完成打磨抛光处理的同时，还能够改善打磨抛光不足，将打磨精度提高。

4  机器人打磨抛光工艺运行控制

传统制造业工件打磨处理中，抛光等编程相对复杂，不仅需要消耗大量工人资源，同时编程时间较长，常用编程控制方法为点到点示教编程。普通工件制造，涉及的点至少几百个，多的点甚至上千个，若以传统示教编程方法进行打磨抛光，不仅会增加编程处理时间，若中途出现人工编程差错，还需要重新检查编程。以汽车排气管的打磨抛光处理为例，对示教编程方法展开研究。

①示教编程方法，结合排气管打磨抛光具体特点，从打磨起始点开始，设为A1，依次排序为An、Bn、B1、C1、Cn……其中A1-An、B1-Bn，都包N个点，结合点个数，打磨工件的条件以及规格等，推算出其他点数。根据统计核算发现打磨程序中涉及点数为800多个，示教编程处理消耗时间达10小时。

②智能编程方法，根据汽车排气管工件标准以及平面图，同时综合打磨特点，设定最终打磨直径、AB长度以及CD长度分别为88、104、156，单位为mm。以正面与反面的形式划分圆形工件，度数均为180°。智能编程方法的执行需提前设置好点位，分别为两个点，起始点A、示教点B。打磨示教B点操作完毕，机器人根据PLC输出指令夹持工件向左移动，以β角度逐渐移动，待达到加工制作工件的左端位置，开始按照β角度向右侧打磨处理。若β角度达到10°，则机器人移动的总度数为20°，按照来回两次计算。正曲面来回打磨次数必须≥9次，反曲面打磨次数同样需≥9次。打磨处理期间机器人夹持来回打磨移动的距离会出现一些差异，主要因为起始点打磨与示教点之间打磨距离受到曲面影响会有差异。根据打磨长度计算，打磨总长156cm，点到点的距离达到104cm。角度变化情况下，正面打磨磨的距离也会出现变化，逐次增加，增加长度约2.9cm，反面打磨的距离变化与正面相反，逐次递减，递减长度约2.9cm。打磨角度设置主要包括2°、3°、10°，反复打磨的效果以角度变小最理想。但是机器人打磨抛光过程中，因为各方面因素影响，精度、稳定性会受到影响，无法做到绝对的打磨效果优良，所以还需要在打磨中做好检查工作。打磨期间根据具体情况灵活旋转打磨中的工件，由此保证打磨处理质量。

对两种示教编程方法进行对比，详见图2、图3，根据打磨图片观察，可以发现，②智能示教编程打磨效果明显高于①传统示教编程打磨，不仅打磨轨迹理想，同时质量也更高。

5  结论

综上所述，制造业的发展关系着国家经济的稳定与市场发展需求，机器人打磨抛光在制造业中的应用，为制造业提供了更多便利条件。尤其是打磨抛光处理效率明显提高，减轻人工处理压力。并且以专有优势提高打磨抛光精度与质量。通过对机器人打磨抛光系统组成与技术等分析，积极将传统打磨抛光示教编程与全新智能编程进行对比，认识到全新智能编程的优势，科学控制打磨轨迹，减少耗时，取得更理想的打磨效果，从多方面为机器人打磨抛光的应用途径扩展创造有利条件。

参考文献：

[1]葛桂林，腾扬刚.机器人进行不锈钢锅三自由度抛光打磨工艺设计[J].农业装备与车辆工程，2019，057（008）：56-60.

[2]王伏银，吴来发，尹化保.机器人在铸件自动打磨工艺中的应用[J].中国铸造装备与技术，2018，053（003）：93-96.

[3]楊燕彬.简述现代打磨抛光机器人的特点及发展趋势[J].工程技术（文摘版），2016（6）：00269.

[4]周裕庚，俞桂英，孔祥斌，等.机器人智能打磨抛光技术与成套设备研究[J].机器人技术与应用，2019，187（01）：45-46.

[5]王淼，杨宜民，李凯格，等.抛光打磨机器人智能控制系统研究与开发[J].组合机床与自动化加工技术，2015（12）：94-96.