今日主題：《軟實(shí)力與硬實(shí)力：機(jī)器人智能打磨的兩大引擎》

 

分享嘉賓：安徽配天機(jī)器人技術(shù)有限公司（后文簡稱：配天）高級產(chǎn)品經(jīng)理趙明明
 

 

趙先生就配天所開展的工作談配天對機(jī)器人智能打磨的認(rèn)識。配天一直認(rèn)為機(jī)器人本體本身不是一個(gè)完整的產(chǎn)品，因?yàn)闄C(jī)器人本體配合基礎(chǔ)的運(yùn)動(dòng)控制只能完成一些簡單的搬運(yùn)工作，在一些特定的行業(yè)和應(yīng)用場景，機(jī)器人本體必須配合相應(yīng)的供應(yīng)軟件、算法以及周邊的一些硬件設(shè)施，才能完成相應(yīng)的工作，機(jī)器人打磨也不例外。

 

打磨拋光在各個(gè)領(lǐng)域都是最基礎(chǔ)的一道工序，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，傳統(tǒng)的打磨拋光在有些行業(yè)已占成本的30%，趙先生認(rèn)為其主要原因是人工成本高。那么，為什么人工成本會(huì)這么高呢？實(shí)際上，這與其工作環(huán)境是脫離不了關(guān)系的。打磨環(huán)境下，粉塵污染已經(jīng)嚴(yán)重威脅到工人的身體健康了，而作為當(dāng)下時(shí)代勞動(dòng)力主力軍的80和90后，大多是不愿意從事這類工作的，這另一方面也造成了打磨行業(yè)人才缺口較大。而用機(jī)器人代替人工，進(jìn)行智能打磨，不僅能解決工作環(huán)境問題，還能解決人才缺失問題，且約一到兩年時(shí)間就能回收機(jī)器成本。所以，無論是從環(huán)境、效率、質(zhì)量來看，大多數(shù)行業(yè)更推崇使用機(jī)器人來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。

 

伙伴產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)表示，近兩年機(jī)器人打磨拋光市場數(shù)據(jù)呈持續(xù)增長趨勢，雖說增長率有所下降，但仍保持在20-30%左右。而機(jī)器人打磨主要應(yīng)用領(lǐng)域在鑄件去毛刺去毛刺、3C電子產(chǎn)品外殼打磨、焊縫打磨、木材制品打磨、衛(wèi)浴五金產(chǎn)品打磨這五方面，趙先生就這五方面分別做了詳細(xì)的解說。

 

鑄件去毛刺去毛刺

 

機(jī)器人工作分為接觸性和非接觸性兩類。非接觸性作業(yè)如噴涂和弧焊，這類機(jī)器人對軌跡位置控制精度的要求不高，但對于接觸式作業(yè)，比如裝配、打磨，如果還是按照傳統(tǒng)的位置控制的話，就會(huì)出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致容易導(dǎo)致過磨削或欠磨削。由此，我們不得不提到柔順控制，柔順控制也分為主動(dòng)型和被動(dòng)型，鑄件去毛刺常用被動(dòng)型柔順控制。在機(jī)器人末端會(huì)添加一個(gè)柔順機(jī)構(gòu)，當(dāng)末端執(zhí)行器與工件發(fā)生接觸時(shí)，末端柔順執(zhí)行器能夠調(diào)整機(jī)器的運(yùn)動(dòng)軌跡，從而實(shí)現(xiàn)力控。如常用的彈簧（橡皮）浮動(dòng)和氣浮動(dòng)力控打磨頭，當(dāng)接觸力過大時(shí)，打磨頭會(huì)遠(yuǎn)離工件的方向進(jìn)行偏移運(yùn)動(dòng)，當(dāng)接觸力過小時(shí)，打磨頭會(huì)靠近工件方向運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)衡力打磨。而閉環(huán)控制器+浮動(dòng)順隨補(bǔ)償器和伺服電主軸的出現(xiàn)又將這種柔順控制升級了，更好的實(shí)現(xiàn)了軌跡位置補(bǔ)償和加工速度控制。

 

3C電子產(chǎn)品外殼打磨

 

這個(gè)行業(yè)的顯著性特點(diǎn)就是，打磨軌跡豐富多樣，如：橫擺、圓弧擺、八字?jǐn)[，而每個(gè)打磨軌跡又有數(shù)千個(gè)打磨點(diǎn)。如果按照傳統(tǒng)的示教方式，是非常耗時(shí)且效果不好，所以配天在此基礎(chǔ)上開發(fā)了曲線插補(bǔ)的功能。通過輔助編程設(shè)定螺旋線的起點(diǎn)終點(diǎn)位置、旋向、螺距、運(yùn)動(dòng)速度或時(shí)間、平滑距離等參數(shù)，操作人員即能輕松完成產(chǎn)品外殼打磨調(diào)試，采用螺旋線插補(bǔ)功能可以節(jié)省40%以上的示教編程時(shí)間。
 

 

前面講了被動(dòng)型柔順控制，這里要說一下主動(dòng)型柔順控制。主動(dòng)型柔順控制的實(shí)現(xiàn)是在機(jī)器末端添加一個(gè)六維力度傳感器，當(dāng)末端執(zhí)行器與工件發(fā)生接觸時(shí)，六維力度傳感器會(huì)檢測到力的信息并將信息反饋給機(jī)器人，機(jī)器人會(huì)根據(jù)信息對末端執(zhí)行器進(jìn)行位置或速度的調(diào)整。配天在3C電子產(chǎn)品外殼打磨領(lǐng)域也有許多項(xiàng)目，如：筆記本外殼打磨、電子產(chǎn)品配件打磨、風(fēng)力葉片打磨、濾波器蓋板打磨。

 

焊縫打磨

 

焊縫打磨包括：平面焊縫余高打磨、曲面焊縫余高打磨、不規(guī)則焊縫打磨。對于前兩種情況，激光測距儀實(shí)時(shí)反饋方焊縫的余高以及左右的距離信息，通過內(nèi)部算法實(shí)時(shí)計(jì)算，調(diào)整打磨工具高度與打磨位置，自適應(yīng)補(bǔ)償工件本體、焊接過程以及工裝所導(dǎo)致的誤差，就能實(shí)現(xiàn)柔性打磨加工作業(yè)。但對于不規(guī)則焊縫打磨，除了要定位位置和檢測余高之外，還需要準(zhǔn)確識別，因此要采用3D視覺檢測系統(tǒng)，3D鏡頭+算法的測量模式，對工件焊縫3D掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)焊縫的識別、準(zhǔn)確定位和測量，對焊縫進(jìn)行智能打磨。

 

木材制品打磨

 

木材制品打磨有其行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：AQ4228-2012木材加工系統(tǒng)粉塵防爆安全規(guī)范，規(guī)定了工業(yè)生產(chǎn)中木材及木制品、人造板、木粉的加工處理系統(tǒng)中產(chǎn)生的木質(zhì)及其他纖維質(zhì)材料的粉塵的防爆安全要求。所以，用于這方面的機(jī)器人需為防爆機(jī)器人，若沒有防爆系統(tǒng)，那必須給機(jī)器人穿上防爆外衣，這樣可以很大程度上降低粉塵爆燃的風(fēng)險(xiǎn)。

衛(wèi)浴五金產(chǎn)品打磨

 

打磨機(jī)器人在這個(gè)行業(yè)的應(yīng)用，大多數(shù)情況下要配合自動(dòng)砂帶打磨拋光系統(tǒng)。因?yàn)檫@個(gè)行業(yè)的產(chǎn)品大多是不規(guī)則的，類似水龍頭、門把手等工件，外形曲面、曲線比較復(fù)雜，因此多方面配合完成。第一是離線編程仿真軟件及在線調(diào)試；第二是柔順控制，通過砂帶機(jī)進(jìn)行磨削，要求能夠快速響應(yīng)磨削應(yīng)力的變化，保證力控具有一定精度；第三是自動(dòng)位置/磨損補(bǔ)償功能，這可以跟蹤檢測砂帶的磨損情況，適時(shí)調(diào)整打磨軌跡，保證打磨質(zhì)量，通過壓力補(bǔ)償、速度補(bǔ)償來實(shí)現(xiàn)。

 

除了機(jī)器人打磨這五個(gè)主要應(yīng)用領(lǐng)域，對于機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制，所有人都關(guān)心同樣兩個(gè)問題，那就是速度和精度。那么如何做到高速和高精呢？配天在這方面又做了什么努力？趙先生給出了如下回答。
 

 

在速度上，第一，配天采用速度前瞻加工，提前預(yù)判何時(shí)加減速，這可以將效率提升到30%以上；第二，配天運(yùn)用O型速度規(guī)劃（Optimized Velocity Planning），根據(jù)機(jī)器人軸空間的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)約束以及笛卡爾空間運(yùn)動(dòng)學(xué)約束，計(jì)算出主導(dǎo)軸速度、加速度、加加速度的上限，保證運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)（加速度連續(xù)）的前提下，發(fā)揮出機(jī)器人的最大性能。

 

在精度上，像傳統(tǒng)的絕對定位精度，配天通過DH補(bǔ)償、重力補(bǔ)償、多點(diǎn)標(biāo)定、誤差補(bǔ)償算法，將絕對定位精度提升到± 0.1mm以內(nèi)。另外就是絕對路徑保持，因?yàn)樵谡麄€(gè)運(yùn)動(dòng)過程中，路徑跟蹤精度也是需要保持的。以往經(jīng)驗(yàn)來看，當(dāng)機(jī)器人在低速運(yùn)行時(shí)，是能很好的按照規(guī)定路線運(yùn)行的，但在高速時(shí)就會(huì)存在偏差，這就好比彎道超車。配天通過改進(jìn)路徑算法，擺脫了這個(gè)困擾，實(shí)現(xiàn)了路徑與速度無關(guān)，任何速度下機(jī)器人行走的路徑都相同，防止低速示教后高速運(yùn)行時(shí)路徑變化導(dǎo)致碰撞。