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今日主題：《軟實力與硬實力：機器人智能打磨的兩大引擎》

 

分享嘉賓：安徽配天機器人技術有限公司（后文簡稱：配天）高級產品經理趙明明
 

 

趙先生就配天所開展的工作談配天對機器人智能打磨的認識。配天一直認為機器人本體本身不是一個完整的產品，因為機器人本體配合基礎的運動控制只能完成一些簡單的搬運工作，在一些特定的行業和應用場景，機器人本體必須配合相應的供應軟件、算法以及周邊的一些硬件設施，才能完成相應的工作，機器人打磨也不例外。

 

打磨拋光在各個領域都是最基礎的一道工序，據不完全統計，傳統的打磨拋光在有些行業已占成本的30%，趙先生認為其主要原因是人工成本高。那么，為什么人工成本會這么高呢？實際上，這與其工作環境是脫離不了關系的。打磨環境下，粉塵污染已經嚴重威脅到工人的身體健康了，而作為當下時代勞動力主力軍的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人才缺口較大。而用機器人代替人工，進行智能打磨，不僅能解決工作環境問題，還能解決人才缺失問題，且約一到兩年時間就能回收機器成本。所以，無論是從環境、效率、質量來看，大多數行業更推崇使用機器人來實現自動化生產。

 

伙伴產業研究院數據表示，近兩年機器人打磨拋光市場數據呈持續增長趨勢，雖說增長率有所下降，但仍保持在20-30%左右。而機器人打磨主要應用領域在鑄件去毛刺去毛刺、3C電子產品外殼打磨、焊縫打磨、木材制品打磨、衛浴五金產品打磨這五方面，趙先生就這五方面分別做了詳細的解說。

 

鑄件去毛刺去毛刺

 

機器人工作分為接觸性和非接觸性兩類。非接觸性作業如噴涂和弧焊，這類機器人對軌跡位置控制精度的要求不高，但對于接觸式作業，比如裝配、打磨，如果還是按照傳統的位置控制的話，就會出現偏差，導致容易導致過磨削或欠磨削。由此，我們不得不提到柔順控制，柔順控制也分為主動型和被動型，鑄件去毛刺常用被動型柔順控制。在機器人末端會添加一個柔順機構，當末端執行器與工件發生接觸時，末端柔順執行器能夠調整機器的運動軌跡，從而實現力控。如常用的彈簧（橡皮）浮動和氣浮動力控打磨頭，當接觸力過大時，打磨頭會遠離工件的方向進行偏移運動，當接觸力過小時，打磨頭會靠近工件方向運動，從而實現衡力打磨。而閉環控制器+浮動順隨補償器和伺服電主軸的出現又將這種柔順控制升級了，更好的實現了軌跡位置補償和加工速度控制。

 

3C電子產品外殼打磨

 

這個行業的顯著性特點就是，打磨軌跡豐富多樣，如：橫擺、圓弧擺、八字擺，而每個打磨軌跡又有數千個打磨點。如果按照傳統的示教方式，是非常耗時且效果不好，所以配天在此基礎上開發了曲線插補的功能。通過輔助編程設定螺旋線的起點終點位置、旋向、螺距、運動速度或時間、平滑距離等參數，操作人員即能輕松完成產品外殼打磨調試，采用螺旋線插補功能可以節省40%以上的示教編程時間。
 

 

前面講了被動型柔順控制，這里要說一下主動型柔順控制。主動型柔順控制的實現是在機器末端添加一個六維力度傳感器，當末端執行器與工件發生接觸時，六維力度傳感器會檢測到力的信息并將信息反饋給機器人，機器人會根據信息對末端執行器進行位置或速度的調整。配天在3C電子產品外殼打磨領域也有許多項目，如：筆記本外殼打磨、電子產品配件打磨、風力葉片打磨、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、不規則焊縫打磨。對于前兩種情況，激光測距儀實時反饋方焊縫的余高以及左右的距離信息，通過內部算法實時計算，調整打磨工具高度與打磨位置，自適應補償工件本體、焊接過程以及工裝所導致的誤差，就能實現柔性打磨加工作業。但對于不規則焊縫打磨，除了要定位位置和檢測余高之外，還需要準確識別，因此要采用3D視覺檢測系統，3D鏡頭+算法的測量模式，對工件焊縫3D掃描數據進行分析，實現焊縫的識別、準確定位和測量，對焊縫進行智能打磨。

 

木材制品打磨

 

木材制品打磨有其行業標準：AQ4228-2012木材加工系統粉塵防爆安全規范，規定了工業生產中木材及木制品、人造板、木粉的加工處理系統中產生的木質及其他纖維質材料的粉塵的防爆安全要求。所以，用于這方面的機器人需為防爆機器人，若沒有防爆系統，那必須給機器人穿上防爆外衣，這樣可以很大程度上降低粉塵爆燃的風險。

衛浴五金產品打磨

 

打磨機器人在這個行業的應用，大多數情況下要配合自動砂帶打磨拋光系統。因為這個行業的產品大多是不規則的，類似水龍頭、門把手等工件，外形曲面、曲線比較復雜，因此多方面配合完成。第一是離線編程仿真軟件及在線調試；第二是柔順控制，通過砂帶機進行磨削，要求能夠快速響應磨削應力的變化，保證力控具有一定精度；第三是自動位置/磨損補償功能，這可以跟蹤檢測砂帶的磨損情況，適時調整打磨軌跡，保證打磨質量，通過壓力補償、速度補償來實現。

 

除了機器人打磨這五個主要應用領域，對于機器人運動控制，所有人都關心同樣兩個問題，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，提前預判何時加減速，這可以將效率提升到30%以上；第二，配天運用O型速度規劃（Optimized Velocity Planning），根據機器人軸空間的運動學、動力學約束以及笛卡爾空間運動學約束，計算出主導軸速度、加速度、加加速度的上限，保證運動平穩（加速度連續）的前提下，發揮出機器人的最大性能。

 

在精度上，像傳統的絕對定位精度，配天通過DH補償、重力補償、多點標定、誤差補償算法，將絕對定位精度提升到± 0.1mm以內。另外就是絕對路徑保持，因為在整個運動過程中，路徑跟蹤精度也是需要保持的。以往經驗來看，當機器人在低速運行時，是能很好的按照規定路線運行的，但在高速時就會存在偏差，這就好比彎道超車。配天通過改進路徑算法，擺脫了這個困擾，實現了路徑與速度無關，任何速度下機器人行走的路徑都相同，防止低速示教后高速運行時路徑變化導致碰撞。