摘要:随着工业自动化技术的发展,机器人被越来越多地应用到自动化生产线中。洁具表面的磨削抛光是一道较为复杂的工序,手工操作不仅难以保证产品的加工质量,而且恶劣的工作环境对工人的身体健康有极大的危害。因此，本文对机器人自动化打磨抛光技术的应用进行了研究。
关键词:机器人系统；打磨抛光；工艺研究
1 引言
机器人研究水平的高低直接与一个国家的经济、科技水平密切相关,在一定程度上反映了这个国家的综合实力。目前,打磨抛光主要以人工为主,由于对人体的高危害,打磨抛光行业已面临严重的用工荒。因此,应开展低成本打磨抛光机器人智能控制系统的研究和开发,提升我国金属抛光打磨行业装备水平，这不仅具有很高的学术价值,同时也具有相当大的现实意义。
2 打磨机器人系统组成及打磨控制流程
打磨机器人系统采用由埃夫特机器人公司研发的六轴工业机器人ER50-C10。打磨系统包括PLC、打磨砂带机、抛光机、和压力传感器、安装在机器人第六轴的夹具组成的一个闭环控制系。
当开始打磨时，安装在机器人第六轴的夹具夹持圆形排气管，放置在转动的打磨砂带机上进行打磨，打磨下压力的大小实时被压力传感器检测，传感器将检测压力值转换为电信号传递给PLC，PLC判断压力大小，输送给机器人控制系统。从而控制机器人打磨压力的大小。通过多次试验设定合适的压力值。如果打磨的压力大于正常压力，则机器人六轴向相反方向移动一定距离，即减小打磨压力。如果打磨的压力值小于正常压力值，则机器人六轴向正方向移动一定距离，即增大打磨压力。如果打磨压力值在允许的打磨压力范围之内，则进行正常的打磨程序运行。以此来保证打磨机器人系统的打磨压力值一直在合理的范围之内。打磨控制流程图，如图1所示。
图1 打磨控制流程图
3 打磨抛光示教编程
传统打磨抛光示教编程需要耗费工人的很多时间，一般采用点到点示教编程方法，普通工件打磨示教编程需要几百个点，多的则长达一千多个点。本文对结构较为典型汽车排气管进行示教编程，并采用两种示教编程方法。第一种示教编程方法:如图2所示，根据工件特点，打磨从起始点A1处开始，依次到An、Bn、B1、C1、Cn，以此类推。其中A1到An有N个点，点的个数根据打磨工件的大小和打磨效果确定，同理确定Bn到B1点的个数，以此类推。在示教打磨圆形汽车排气管时，完成整个打磨程序示教了600多个点，耗时8个小时左右。
图2 工件立体图
第二种示教编程的方法:图3为排气管的平面图，根据打磨圆形工件的特点，为直径88mm，AB长度为104cm，CD长度为156cm。将圆形工件的曲面划分为正面180°和反面180°，打磨示教需要设置两个点，即打磨从起始点A，和打磨示教点B。当打磨示教B点结束时，机器人夹持工件以β角度向左移动，移动至工件左端，再以同样的β角度向右面移动打磨。如果β角度为10°，机器人一个来回移动的角度和就是20°，180°的正曲面被打磨机器人来回打磨9次完成，整个工件打磨完成需要机器人来回移动18次。同时，机器人夹持工件每次来回打磨移动的距离都会有所变化，这是因为工件的总长为156cm，而起始点打磨A点到B点的距离为104cm。如果β角度为10°，进行正曲面打磨，则每次机器人下一次打磨移动的距离比上一次大约增加2。9cm。在进行反曲面打磨时，每下次打磨移动距离比上次减少大约2。9cm。在具体的工程打磨实践中分别设置了β角度为10°、5°、3°、2°，角度越小这种往复打磨的效果越好，但受机器人的精度和稳定性等一些因素的影响不可能角度做到绝对的好。打磨调试过程中发现，设置β角度为3°时，效果最好。抛光时采用同样的方法。其基本思想就是，一边打磨一边以一定的角度旋转圆形排气管，β值为3°的打磨抛光部分调式程序如下:
图3 工件平面图
main()
PTP(cp1,d0,or1)//原点
Call upper_workpiece()
Call send_belt_1()
upper_work piece()
Tool(t1)
Lin(cp7,dgd,orsc)
Lin(cp8,dfj)
On Position()
DO doutzsgb。Set(FALSE)//关闭(松开电磁阀)
On Position()
DO doutdk。Set(TRUE)//打开(夹紧电磁阀)
Wait Time(200)//等待2秒
Lin(cp9,dfj,orsc)//过度点
Lin(cp5,dgd,or1)
PTP(ap0,dgd,or0)
PTP(ap1,dgd,or0)
send_belt_1()
t2.z:=245.5//夹具t2的z的初始值为245.5
t2.a:=0//夹具t2的转动角度a值为0度
Tool(t2)//加载夹具t2
Lin(cp0,dgd,orsc)//运动到打磨沙带外一点
Lin(cp1,dgd,orsc)
i0:=0//赋值i0变量值为0
i1:=0
i2:=0
LOOP60DO//进行36次循环
t2.a:=i0*3//夹具t2的转动角度a值i0*3度
t2.z:=245.5
i0:=i0+1
Tool(t2)//加载夹具t2
Lin(cp2,d00,orsc)//运动到示教的A点
IF i2<30 THEN//判断i2的值
t2.z:=245.5+i1*1.5//小于30时夹具t2的z的值加i1*1.5以此循环
ELSEIFi2=30THEN
i1:=0//将i1赋值0
t2.z:=300//夹具t2的z的值为300
ELSE
t2.z:=300-i1*1.5//大于30时夹具t2的z的值减i1*1.5以此循环
两种打磨方法的效果从中可以看出第二种方法打磨加工出来的零件产品质量更高，优化后的打磨轨迹更好。
4 现场调试
(1)首先采用仿真软件对打磨设备安装位置及打磨轨迹进行仿真分析，采用离线编程技术对打磨轨迹进行了示教编程，然后把离线示教编程的程序导入到示教器中。发现仿真和实际情况有一定的差距，需要在打磨现场对打磨的轨迹进行微调。因此节省了大量现场调试时间。
(2)采用压力传感器实时检测打磨压力的大小，使传统的打磨开环系统，变为闭环系统，提高了对打磨力的大小的控制。打磨抛光补偿问题一直以来都是影响打磨抛光质量的因素之一。在使用ER50-C10机器人的时候，创建工件坐标系，把把它定义成可变量，然后在程序里设定每打磨完一个产品以后工件坐标系的Z方向就减少一个数值，而这个数值就是打磨抛光轮的磨损量，在程序里设定一个数字量，用来计算打磨产品的个数，当这个数值达到预定的值时候，就把工件坐标系的值复位，这时就可以更换打磨抛光轮了。
5 总结
综上所述，工业机器人和力传感器组成的研磨抛光机器人系统能够实现工件表面的自动化研磨抛光,可以替代人工研磨抛光，克服手工打磨的不足，提高抛光效率。本文采用压力传感器对打磨力进行有效的控制，由PLC反馈给机器人，进而控制机器人打磨力的大小的方法，打磨效果好，效率极高，值得推广与应用。
参考文献：
[1]王淼,杨宜民,李凯格,陶林,仵桂学.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)
[2]汪源,朱伟,沈惠平.一种复杂曲面打磨机器人自适应贴合柔性机构研究[J].机械科学与技术. 2015(08)
论文作者:罗智文
论文发表刊物:《防护工程》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/24
标签：机器人论文; 工件论文; 夹具论文; 压力论文; 角度论文; 排气管论文; 曲面论文; 《防护工程》2017年第15期论文;