基于工業(yè)機(jī)器人的鞋幫打磨系統(tǒng)設(shè)計(jì)①

張立彬 周邦達(dá) 沈 遙 司云峰 鮑官軍

(*浙江工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 杭州 310014 ) (**起步(中國(guó))有限公司 麗水 323906 )

0 引 言

全國(guó)制鞋工業(yè)信息中心的報(bào)告表明，中國(guó)仍然是世界鞋類(lèi)最大的生產(chǎn)國(guó)和出口國(guó)，2017年共生產(chǎn)135.23億雙，世界產(chǎn)量占比57.5%，世界出口占比34.9%[1,2]。但隨著制造成本的上漲、國(guó)外市場(chǎng)的反傾銷(xiāo)以及東南亞制鞋產(chǎn)業(yè)的崛起，我國(guó)的制鞋產(chǎn)業(yè)遭遇了前所未有的危機(jī)[3]。人工成本上升趨勢(shì)正在削弱我國(guó)制鞋行業(yè)貿(mào)易競(jìng)爭(zhēng)力[4]，相較于2014年巔峰時(shí)期66%的世界產(chǎn)量占比，2017年產(chǎn)量下降幅度達(dá)到18.7%[5]。定位低端、勞動(dòng)力密集的生產(chǎn)模式已經(jīng)不利于中國(guó)制鞋行業(yè)的持續(xù)發(fā)展，自動(dòng)化、智能化將成為中國(guó)制鞋業(yè)的主要方向[6]。中國(guó)制鞋廠商仍在采用的鞋幫手工打磨作業(yè)方式，正面臨著用工成本攀升、健康問(wèn)題凸顯、良品率低等挑戰(zhàn)，需要盡快實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化打磨的替代方案。

針對(duì)鞋幫自動(dòng)化打磨的問(wèn)題，國(guó)外已經(jīng)有智能設(shè)備公司進(jìn)行了長(zhǎng)期的研究并設(shè)計(jì)了先進(jìn)的設(shè)備。意大利CERIM公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的K176鞋底機(jī)，可以同時(shí)安裝多種類(lèi)型的刀具， 能夠適應(yīng)加工不同形狀和材質(zhì)的鞋品，日加工工件數(shù)量達(dá)到1000雙以上。但這類(lèi)專(zhuān)用設(shè)備，往往價(jià)格昂貴，不適用于大部分企業(yè)。就制鞋業(yè)勞動(dòng)密集這一特點(diǎn)而言，應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行生產(chǎn)線改造是個(gè)不錯(cuò)的選擇[7]。國(guó)外也有公司研究工業(yè)機(jī)器人在鞋幫打磨中的應(yīng)用[8,9]。20世紀(jì) 90 年代初，瑞士史陶比爾機(jī)器人公司就與法國(guó)自動(dòng)化集成商豐雅公司合作設(shè)計(jì)了鞋品自動(dòng)化成型線，使用史陶比爾的6軸工業(yè)機(jī)器人完成鞋幫底面的打磨、上膠、削邊等工作。德國(guó)的鞋機(jī)制造商DESMA 也從1998 年開(kāi)始設(shè)計(jì)并不斷改進(jìn)圓盤(pán)式機(jī)器人鞋底機(jī)[10]。

浙江省“機(jī)器換人”的大背景下[11]，考慮到工業(yè)機(jī)器人的硬件成本較低且具有較高的靈活性，能較好地完成復(fù)雜空間曲面的打磨工作，本文嘗試用工業(yè)機(jī)器人開(kāi)發(fā)一套鞋幫打磨系統(tǒng)。整個(gè)鞋幫打磨系統(tǒng)的設(shè)計(jì)圍繞著打磨刀位點(diǎn)信息的提取、打磨控制指令的生成2個(gè)任務(wù)展開(kāi)，前者借助UG二次開(kāi)發(fā)工具實(shí)現(xiàn)，后者在研究機(jī)器人指令基礎(chǔ)上用C++編程實(shí)現(xiàn)。最后搭建出打磨設(shè)備，在Qt上開(kāi)發(fā)系統(tǒng)軟件，自動(dòng)生成打磨控制指令去驅(qū)動(dòng)工業(yè)機(jī)器人，代替人工進(jìn)行鞋幫自動(dòng)化打磨作業(yè)。

1 打磨刀位點(diǎn)的描述及其轉(zhuǎn)換

鑒于鞋幫打磨設(shè)備較為輕巧、打磨姿勢(shì)需要不斷微調(diào)等實(shí)際情況，同時(shí)也為了簡(jiǎn)化編程、夾具設(shè)計(jì)等工作，本文選擇用工業(yè)機(jī)器人末端夾持的打磨設(shè)備對(duì)固定在工作臺(tái)上的鞋幫底面進(jìn)行打磨。傳統(tǒng)的人工打磨作業(yè)由制鞋工人實(shí)時(shí)手動(dòng)調(diào)整鞋幫與打磨設(shè)備之間的距離與角度。而使用工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行打磨時(shí)，必須預(yù)先定義好鞋幫底面的打磨點(diǎn)位，將其描述成機(jī)器人末端的位姿，并建立機(jī)器人關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)模型，將末端位姿轉(zhuǎn)換成機(jī)器人關(guān)節(jié)的控制信號(hào)[12]，以備后續(xù)離線編程之用。

1.1 確定打磨刀位點(diǎn)的位姿

鞋幫底面打磨刀位點(diǎn)的描述就是對(duì)打磨工具位置和姿態(tài)的描述。如圖1所示，規(guī)定機(jī)器人基坐標(biāo)系為{B}，點(diǎn)P為機(jī)器人末端工具刀尖點(diǎn)的位置，則可以使用矢量BP表示刀尖點(diǎn)P在基坐標(biāo)系{B}中的位置：

(1)

其中px、py、pz分別表示點(diǎn)P在基坐標(biāo)系{B}中坐標(biāo)軸XB、YB、ZB上的投影分量。

圖1 機(jī)器人末端刀尖點(diǎn)的位姿描述

將坐標(biāo)系{T}固連在機(jī)器人末端工具的刀尖點(diǎn)P上，則可以使用坐標(biāo)系{T}的XT、YT、ZT正方向的單位矢量描述機(jī)器人末端工具的姿態(tài)。上述3個(gè)單位矢量使用基坐標(biāo)系{B}來(lái)表達(dá)，分別對(duì)應(yīng)矢量n、o、a，則坐標(biāo)系{T}的位姿可以使用一個(gè)4×4的齊次變換矩陣A表示：

(2)

nx、ny、nz分別表示XT正方向的單位矢量在基坐標(biāo)系{B}中XB、YB、ZB方向上的投影分量，矢量o和矢量a同理[13]。px、py、pz分別表示點(diǎn)P位置在基坐標(biāo)系{B}中XB、YB、ZB方向上的投影分量。

綜上，若要確定機(jī)器人末端工具的位置和姿態(tài)需要4個(gè)矢量。位置矢量就是點(diǎn)P的位置坐標(biāo)矢量。不妨設(shè)機(jī)器人在打磨時(shí)末端工具的姿態(tài)由以下3個(gè)矢量決定，法向矢量N、切向矢量T及副法向矢量B。定義機(jī)器人末端工具在打磨點(diǎn)Pi處垂直于打磨曲面的矢量為法向矢量Ni，方向由鞋楦內(nèi)部指向鞋楦外部。切向矢量T與法向矢量N正交，在打磨點(diǎn)Pi處與空間曲面相切。規(guī)定T平行于某一特定矢量，與機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方向夾角小于90 °。副法向矢量B與法向矢量N、切向矢量T均正交，即滿足下式。

Bi=Ni×Ti

(3)

1.2 建立機(jī)器人關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)模型

為了簡(jiǎn)化工業(yè)機(jī)器人復(fù)雜的幾何參數(shù)，使用D-H(Denavit-Hartenberg)法建立本文選用的三菱RV-7F工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型(此處選擇Modified D-H模型)，獲得Modified D-H參數(shù)。

使用Modified D-H法建立的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型中，相鄰關(guān)節(jié)間坐標(biāo)變換矩陣的通式[13]如下：

(4)

式中，αi-1是連桿轉(zhuǎn)角，ai-1是連桿長(zhǎng)度，di是連桿偏距，θi是關(guān)節(jié)軸的旋轉(zhuǎn)角。

(5)

式(5)中，前3列矢量n、o、a，分別表示末端連桿坐標(biāo)系{6}相對(duì)于基坐標(biāo)系{0}的X0軸、Y0軸、Z0軸的單位矢量，3個(gè)矢量組成了一個(gè)連桿坐標(biāo)系{6}相對(duì)于基坐標(biāo)系{0}的旋轉(zhuǎn)矩陣R，用以描述工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)末端的姿態(tài)。最后1列矢量p表示末端坐標(biāo)系{6}原點(diǎn)在基坐標(biāo)系{0}中的位置，用以描述工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)末端的位置。

借助上述轉(zhuǎn)換矩陣可以根據(jù)向機(jī)器人伺服電機(jī)輸入的各關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角θi計(jì)算出機(jī)器人末端的姿態(tài)R和位置P(即運(yùn)動(dòng)學(xué)正解)。同樣，使用幾何、代數(shù)等方法也可以求得RV-7F工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解。根據(jù)機(jī)器人作業(yè)位姿、關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍等條件確定唯一逆解后，就可以通過(guò)機(jī)器人末端位姿信息反求機(jī)器人各關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)角θi，從而獲得各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)控制模型。

2 打磨軌跡的規(guī)劃及處理

上文描述了打磨刀位點(diǎn)矢量信息R、P到機(jī)器人關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角θi的轉(zhuǎn)換方法。接下來(lái)采用離線編程的方式進(jìn)行打磨控制。第一步便是在鞋幫底面生成打磨軌跡，并獲取鞋幫底面的打磨信息，進(jìn)行一定處理后得到機(jī)器人打磨控制指令。

2.1 UG二次開(kāi)發(fā)提取打磨信息

工業(yè)界中常使用商用的機(jī)器人離線編程軟件如 SprutCAM、RobotMaster等對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行規(guī)劃，由軟件自身完成軌跡信息提取和運(yùn)動(dòng)程序生成的工作。鑒于商用軟件價(jià)格昂貴、操作復(fù)雜、支持機(jī)型有限、利用率低等原因，此處選擇使用UG及其二次開(kāi)發(fā)工具UG/Open API來(lái)提取鞋幫底面打磨軌跡信息，整個(gè)流程如圖2所示。

圖2 打磨軌跡的生成與信息提取流程

2.2 獲取打磨刀位點(diǎn)的位姿矢量

首先使用3維掃描儀對(duì)鞋楦進(jìn)行掃描以獲得精確的鞋楦3維模型并將其導(dǎo)入U(xiǎn)G環(huán)境中。鞋楦實(shí)物與掃描得到的3維模型如圖3所示。然后使用UG中的N邊曲面造面功能對(duì)鞋楦模型底面上所有的NUBRS小面(如圖4左圖所示)按一定的公差進(jìn)行刪除重建，并將所有重建得到的N邊曲面進(jìn)行縫合使它們組成一個(gè)完整的鞋楦底面(如圖4右圖所示)。

圖3 實(shí)驗(yàn)用鞋楦實(shí)物與3維模型

圖4 鞋楦模型底面修改前后對(duì)比

接著用UG的抽取曲線命令獲得圖5曲線所示的鞋楦底面輪廓線。機(jī)器人鞋幫底面打磨軌跡曲線由鞋楦底面輪廓線偏置一定的距離dbias得到。偏置的距離dbias由鞋幫底面的寬度dbottom和打磨工具上磨頭的寬度dtool決定。設(shè)打磨工具的刀尖點(diǎn)位于磨頭的中間位置，則設(shè)定的偏置距離dbias和打磨工具上砂輪的寬度dtool需要同時(shí)滿足以下條件：

(6)

圖5 機(jī)器人打磨軌跡曲線的規(guī)劃

當(dāng)滿足式(6)所列出的條件時(shí)，將提取出的鞋楦底面邊線偏置合適的距離，得到如圖6所示的機(jī)器人打磨軌跡曲線。

圖6 生成的機(jī)器人打磨軌跡曲線

接下來(lái)調(diào)用UG/Open API中的離散化函數(shù)UF_MODL_ask_curve_point對(duì)用選擇函數(shù)UF_UI_select_with_single_dialog選中的打磨軌跡曲線(圖6所示)進(jìn)行離散化，獲得一定數(shù)量離散點(diǎn)的空間位置矢量P，流程如圖7所示。此外還需要確定法向矢量N、切向矢量T以及副法向矢量B(即機(jī)器人末端的姿態(tài)矢量R)。將圖6打磨曲面的句柄和上述離散化后獲得的離散點(diǎn)坐標(biāo)pts作為輸入?yún)?shù)，輸入到函數(shù)UF_MODL_ask_face_parm中，以獲得所有打磨刀位點(diǎn)的U、V參數(shù)。最后將這些U、V參數(shù)連同曲面句柄依次輸入到函數(shù)UF_MODL_ask_face_props中，直至提取出所有打磨刀位點(diǎn)的姿態(tài)矢量。整個(gè)流程如圖8所示。

2.3 優(yōu)化刀位點(diǎn)切矢量

用上述庫(kù)函數(shù)UF_MODL_ask_face_props直接求取的切矢量T方向是固定的(如圖9)，不適用于打磨鞋底時(shí)打磨方向始終處于變化狀態(tài)的情況。為了解決UG/Open API函數(shù)只能提取固定方向上切矢量產(chǎn)生的問(wèn)題，需要使鞋幫底面打磨刀位點(diǎn)處的切矢量在XOY平面上的投影盡可能滿足圖10的情況?？梢酝ㄟ^(guò)曲線擬合的方法獲得鞋幫底面在XOY平面上投影曲線的函數(shù)表達(dá)式，然后根據(jù)函數(shù)的導(dǎo)數(shù)求取對(duì)應(yīng)的切矢量。

圖7 打磨軌跡曲線離散化程序流程圖

圖8 打磨刀位點(diǎn)矢量信息提取程序流程圖

圖9 單方向規(guī)劃的切矢量

圖10 較理想的切矢量規(guī)劃

此處使用Python工具包Scikit-Learn擬合出了離散化后打磨軌跡左右2部分的8階多項(xiàng)式曲線，如圖11、圖12所示。打磨軌跡右半部分的數(shù)學(xué)表達(dá)為

y=a8x8+a7x7+a6x6+a5x5+a4x4

+a3x3+a2x2+a1x+a0

(7)

根據(jù)式(7)容易得到擬合曲線的導(dǎo)數(shù)y′，從而可知打磨刀位點(diǎn)Pi處的規(guī)劃切矢量：

(8)

其中，nxi、nyi、nzi為該點(diǎn)法向矢量Ni的投影。將Ti轉(zhuǎn)換成單位矢量即得到該點(diǎn)的機(jī)器人姿態(tài)切矢量。同理，也能求得打磨軌跡左半部分打磨刀位點(diǎn)Pi處的規(guī)劃切矢量：

圖11 8階擬合曲線(右半部分)

圖12 8階擬合曲線(左半部分)

(9)

經(jīng)過(guò)這種方法規(guī)劃后，機(jī)器人夾持的打磨工具的打磨方向不會(huì)發(fā)生突變，所以不必設(shè)置安全點(diǎn)來(lái)防止工具與工件的干涉；且打磨工具在打磨刀位點(diǎn)處始終與打磨軌跡在XOY平面上相切，因此打磨誤差極小。

2.4 生成打磨控制指令

以上獲得的打磨軌跡及各打磨刀位點(diǎn)的位姿矢量獲取自UG環(huán)境，其坐標(biāo)系與現(xiàn)實(shí)工件坐標(biāo)系并不一致，需要對(duì)獲取的打磨軌跡信息進(jìn)行坐標(biāo)系變換；再者僅依靠單純的數(shù)據(jù)也無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)機(jī)器人，需要對(duì)軌跡信息字符串進(jìn)行一定的設(shè)置以符合工業(yè)機(jī)器人控制指令與編程語(yǔ)言的語(yǔ)法要求。

2.4.1 偏置打磨刀位點(diǎn)坐標(biāo)

如圖13所示，假設(shè)鞋幫底面原料厚度為hbottom，指定的打磨深度為haim，則機(jī)器人打磨刀位點(diǎn)應(yīng)該在提取得到的離散點(diǎn)的基礎(chǔ)上向離散點(diǎn)處曲面法矢量方向上偏置為

hbias=hbottom-haim

(10)

圖13 實(shí)際的打磨刀位點(diǎn)與提取的離散點(diǎn)的關(guān)系

若提取的離散點(diǎn)Pi(xi,yi,zi)處的鞋幫底面單位法矢量為Ni(nxi,nyi,nzi)，則實(shí)際的打磨刀位點(diǎn)坐標(biāo)值需要按照下式計(jì)算。

(11)

2.4.2 轉(zhuǎn)換打磨刀位點(diǎn)坐標(biāo)系

接著采用3點(diǎn)標(biāo)定法進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。先在鞋楦模型上選取不在同一條直線上的3個(gè)點(diǎn)AUW、BUW、CUW，并在鞋楦工件上標(biāo)記對(duì)應(yīng)的3個(gè)點(diǎn)A0、B0、C0，得到6個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)值。此外，還能計(jì)算出由AUW、BUW、CUW3點(diǎn)確定的空間圓的圓心坐標(biāo)OUW，以及鞋楦工件上對(duì)應(yīng)的圓心坐標(biāo)O0。

(12)

(13)

(14)

(15)

2.4.3 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成控制指令

選擇三菱工業(yè)機(jī)器人MELFA-BASIC V語(yǔ)言的直線插補(bǔ)Mvs指令作為機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制指令，并選用直交型變量來(lái)輸入驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)。直交型變量的參數(shù)由機(jī)器人位置數(shù)據(jù)X、Y、Z，姿態(tài)角數(shù)據(jù)A、B、C，附加軸數(shù)據(jù)L1、L2，結(jié)構(gòu)標(biāo)志FLG1和多旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)FLG2組成[14,15]。位置數(shù)據(jù)直接使用坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換后的打磨刀位點(diǎn)坐標(biāo)值，L1、L2、FLG2均設(shè)為0，根據(jù)打磨姿態(tài)FLG1設(shè)為7。至于姿態(tài)角數(shù)據(jù)，需要通過(guò)上述獲得的打磨刀位點(diǎn)的姿態(tài)矢量來(lái)計(jì)算。不妨設(shè)末端旋轉(zhuǎn)矩陣R為：

(16)

旋轉(zhuǎn)矩陣中的3列即對(duì)應(yīng)上文提取的矢量信息T、B、N。由此可得姿態(tài)角數(shù)據(jù)A、B、C：

A=atan(-r23/cosβ，r33/cosβ)

(17)

(18)

C=atan(-r12/cosβ，r11/cosβ)

(19)

3 鞋幫打磨系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)

3.1 搭建鞋幫打磨實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

設(shè)計(jì)的工業(yè)機(jī)器人鞋幫打磨工作站實(shí)驗(yàn)平臺(tái)如圖14所示，主要由運(yùn)動(dòng)執(zhí)行部分(工業(yè)機(jī)器人RV-7F、運(yùn)動(dòng)控制器CR751-D)、力檢測(cè)部分(6維力傳感器4F-FS001-W1000套件)、打磨末端執(zhí)行器系統(tǒng)(氣動(dòng)打磨機(jī)、打磨頭、空氣壓縮機(jī))、工作臺(tái)、鞋楦工件以及其他配套設(shè)施組成。

圖14 工業(yè)機(jī)器人鞋幫打磨工作站

3.2 開(kāi)發(fā)打磨系統(tǒng)軟件

為提高編程效率，工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)一般用Qt來(lái)開(kāi)發(fā)[16]。如表1所示，本文采用C++編程語(yǔ)言，基于Qt圖形用戶界面應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)框架來(lái)編寫(xiě)打磨系統(tǒng)軟件[17]，主要編寫(xiě)3個(gè)模塊即機(jī)器人運(yùn)動(dòng)程序生成模塊、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)參數(shù)設(shè)置模塊和數(shù)據(jù)庫(kù)操作模塊。系統(tǒng)軟件的總體設(shè)計(jì)框圖如圖15所示。

表1 鞋幫打磨系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境

圖15 系統(tǒng)軟件的總體設(shè)計(jì)

機(jī)器人運(yùn)動(dòng)程序生成模塊用于打磨刀位點(diǎn)數(shù)據(jù)文件的讀取，并根據(jù)打磨參數(shù)自動(dòng)將打磨刀位點(diǎn)轉(zhuǎn)化為工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制指令；機(jī)器人運(yùn)動(dòng)參數(shù)設(shè)置模塊用于交互設(shè)置坐標(biāo)標(biāo)定、刀位點(diǎn)偏置、工具坐標(biāo)系設(shè)定等參數(shù)；數(shù)據(jù)庫(kù)操作模塊用于實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)備份及操作日志功能。

4 鞋幫打磨實(shí)驗(yàn)

4.1 鞋幫打磨實(shí)驗(yàn)

最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證機(jī)器人打磨工作站的可靠性以及系統(tǒng)軟件中集成的各程序的正確性。選擇圖16所示的女式板鞋進(jìn)行打磨實(shí)驗(yàn)，具體步驟如表2所示。

圖16 實(shí)驗(yàn)工件實(shí)物圖

圖17 工業(yè)機(jī)器人鞋幫打磨實(shí)驗(yàn)

表2 鞋幫底面打磨實(shí)驗(yàn)步驟

4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

4.2.1 打磨實(shí)驗(yàn)總體效果分析

某次機(jī)器人鞋幫打磨實(shí)驗(yàn)結(jié)束后的工件情況如圖18所示，其余樣品打磨效果相似，且多次打磨實(shí)驗(yàn)均能在計(jì)劃的30 s內(nèi)完成。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中機(jī)器人運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定流暢，沒(méi)有碰撞與振蕩情況。

圖18 執(zhí)行打磨程序后鞋幫底面的情況

多次測(cè)試后，通過(guò)分析力傳感器生成的日志數(shù)據(jù)，獲得表3所示的打磨作用力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)表明打磨過(guò)程中打磨工具沒(méi)有與工件發(fā)生碰撞，并且工具能夠較好地貼合于工件曲面進(jìn)行加工。測(cè)量多個(gè)打磨成品的打磨深度，獲得表4所示的打磨深度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)表明所有刀位點(diǎn)的打磨深度均在期望打磨深度范圍內(nèi)，機(jī)器人打磨工作站基本能夠達(dá)到期望要求。

表3 打磨作用力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

表4 打磨深度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

4.2.2 實(shí)驗(yàn)問(wèn)題分析

盡管打磨實(shí)驗(yàn)總體效果不錯(cuò)，但實(shí)驗(yàn)仍存在2個(gè)主要問(wèn)題，即位置反饋與位置指令存在偏差和實(shí)際打磨刀位點(diǎn)與理論刀位點(diǎn)存在偏差。

打磨工具打磨效率過(guò)低和空間坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換存在偏差都可能造成位置反饋與位置指令的偏差。前者可以通過(guò)增加打磨作用力，提高打磨轉(zhuǎn)速，更改打磨刀具材料或調(diào)整打磨深度等方法解決。后者同時(shí)也會(huì)造成實(shí)際打磨刀位點(diǎn)與理論刀位點(diǎn)的偏差。模型重建時(shí)引入的公差、標(biāo)定時(shí)累積的測(cè)量誤差都會(huì)造成坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的偏差，無(wú)法避免，只能盡量減小誤差的影響。

5 結(jié) 論

本文針對(duì)鞋幫底面打磨工序，提出了一種使用工業(yè)機(jī)器人和打磨工藝代替人工進(jìn)行鞋幫底面打磨的方案。根據(jù)該方案搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)并設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件，最后進(jìn)行打磨實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示該系統(tǒng)能滿足鞋幫打磨中細(xì)致、均勻、快速等要求，基本實(shí)現(xiàn)了鞋幫打磨工序的自動(dòng)化，提高了生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量。

在未來(lái)的設(shè)計(jì)中，可以進(jìn)一步思考如何提高3維模型與工件實(shí)物的一致性，采取更加可靠的工件標(biāo)定方法，減小空間坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換帶來(lái)的打磨偏差。