基于離線編程的工業(yè)機(jī)器人去毛刺軌跡規(guī)劃

沈 濤，王 強(qiáng)，劉永興

(宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院 智能制造學(xué)院， 四川 宜賓 644000)

0 引言

零件在成型或加工的過(guò)程中，不可避免地會(huì)出現(xiàn)毛刺現(xiàn)象。零件毛刺的出現(xiàn)嚴(yán)重影響了零件表面的精度和光潔度，致使零件在組裝過(guò)程中無(wú)法實(shí)現(xiàn)精密配合，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)劃傷等安全事故，因此零件的去毛刺是零件加工過(guò)程中必不可少的一道工序[1]。目前，零件的去毛刺方法有車(chē)銑加工、手工去毛刺、化學(xué)去毛刺和高溫去毛刺等。該工序一般占到零件加工成本的30%，大大增加了企業(yè)的生產(chǎn)負(fù)擔(dān)，同時(shí)，由于以上去毛刺方式一般比較剛性，使得零件的表面受力程度不一，致使零件的加工精度無(wú)法一次到位，往往需要三次以上的去毛刺過(guò)程，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。而工業(yè)機(jī)器人去毛刺可根據(jù)零件表面情況采取力反饋的方式加工，零件與機(jī)器人末端執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)速度可實(shí)現(xiàn)相對(duì)恒定，產(chǎn)品去毛刺工藝過(guò)程可實(shí)現(xiàn)柔性化生產(chǎn)，產(chǎn)品在更換時(shí)僅需調(diào)整工業(yè)機(jī)器人軌跡即可實(shí)現(xiàn)，具有更大的柔性空間。

1 工業(yè)機(jī)器人去毛刺軌跡規(guī)劃

工業(yè)機(jī)器人軌跡規(guī)劃有離線編程和手動(dòng)示教兩種方式。零件毛刺在零件上的分布較廣，位置隨機(jī)且標(biāo)定點(diǎn)較多(如圖1、圖2所示)，使得工業(yè)機(jī)器人軌跡規(guī)劃的難度較大，采取手動(dòng)標(biāo)定工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行軌跡的方式較為困難，耗時(shí)較長(zhǎng)[2],因此在工業(yè)機(jī)器人去毛刺工序中，往往采取離線編程自動(dòng)生成機(jī)器人末端執(zhí)行器運(yùn)行軌跡的方式。下面介紹離線編程方式去毛刺的具體步驟。

1.1 添加素材庫(kù)

在工業(yè)機(jī)器人離線編程中，由于待加工的工件形式多樣，在工業(yè)機(jī)器人離線編程素材庫(kù)中無(wú)法滿足素材的需求，因此根據(jù)零件的外部特征利用CAD、UG、SolidWorks等常用工程繪圖軟件對(duì)待加工工件進(jìn)行建模，模型的尺寸特征應(yīng)與待加工工件一致。工件模型設(shè)計(jì)完成后，將工件模型從工程軟件中導(dǎo)出，拷貝至工業(yè)機(jī)器人離線編程軟件素材庫(kù)中以完成素材添加。

圖1 齒輪端面毛刺 圖2 內(nèi)孔毛刺

1.2 組建工業(yè)機(jī)器人工作站

從工業(yè)機(jī)器人素材庫(kù)中調(diào)取與實(shí)物型號(hào)相匹配的工業(yè)機(jī)器人。一般而言，與工業(yè)機(jī)器人實(shí)物相配套的離線編程軟件均自帶有完整系列的工業(yè)機(jī)器人模型，因此只需調(diào)用即可。工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器可在機(jī)器人素材庫(kù)中調(diào)用，如素材庫(kù)中無(wú)該型號(hào)的末端執(zhí)行器，則需在三維工程繪圖軟件中建模，方法同第一步。然后將工業(yè)機(jī)器人工作臺(tái)添加至工作站中，工作臺(tái)的X、Y、Z尺寸建議以實(shí)物測(cè)量為準(zhǔn)，并在導(dǎo)航樹(shù)中修改工作臺(tái)位置參數(shù)。最后將待加工工件模型添加至工作臺(tái)表面，其擺放位置由工作臺(tái)位置參數(shù)確定，如圖3所示。

圖3 工業(yè)機(jī)器人工作站組建

1.3 TCP參數(shù)設(shè)置

在TCP參數(shù)設(shè)置界面上修改工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器X、Y、Z參數(shù)及其旋轉(zhuǎn)角度，通過(guò)修改此參數(shù)可使工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器在工業(yè)機(jī)器人法蘭盤(pán)上的安裝位置與方向保持一致。

1.4 添加自動(dòng)路徑

利用工業(yè)機(jī)器人提取待加工工件特征信息，采集工件模型的待加工端面及線段并自動(dòng)生成標(biāo)定點(diǎn)，然后將采集到的端面和線段離線成點(diǎn)，如圖4所示。將離線的標(biāo)定點(diǎn)放大檢查，對(duì)于個(gè)別方向不一致的標(biāo)定點(diǎn)，可采用手動(dòng)單獨(dú)調(diào)整的方式調(diào)節(jié)其軌跡方向；對(duì)于易產(chǎn)生奇點(diǎn)的標(biāo)定點(diǎn)采用修改或刪除的方式使工業(yè)機(jī)器人軌跡能夠順利運(yùn)行。

圖4 自動(dòng)路徑添加

1.5 試運(yùn)行

待審核無(wú)誤后可點(diǎn)擊試運(yùn)行，以觀察工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行軌跡和姿態(tài)。在該步驟中，工業(yè)機(jī)器人經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)奇點(diǎn)，使機(jī)器人無(wú)法完整試運(yùn)行，此時(shí)需查詢奇點(diǎn)的標(biāo)定點(diǎn)編號(hào)進(jìn)行微調(diào)，再開(kāi)展試運(yùn)行，務(wù)求工業(yè)機(jī)器人能夠完整地走完所有軌跡路線并且機(jī)器人的運(yùn)行姿態(tài)符合邏輯，最后點(diǎn)擊自動(dòng)生成機(jī)器人運(yùn)行程序并導(dǎo)出，如圖5所示。

2 后置處理

可使用USB設(shè)備將工業(yè)機(jī)器人離線編程自動(dòng)生成的軌跡規(guī)劃拷貝至工業(yè)機(jī)器人示教器中，或者通過(guò)TCP/IP協(xié)議使得計(jì)算機(jī)與示教器進(jìn)行通訊，待計(jì)算機(jī)中出現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人示教器的存儲(chǔ)區(qū)間時(shí)，將程序拷貝至示教器存儲(chǔ)區(qū)間中則可在機(jī)器人示教器中直接調(diào)用。一般而言，因機(jī)器人品牌的不同生成的機(jī)器人軌跡代碼格式也不盡相同，因此需對(duì)離線編程代碼進(jìn)行后處理操作，這樣工業(yè)機(jī)器人才能夠識(shí)別離線編程代碼。以NACHI機(jī)器人系統(tǒng)為例，可采用MOVEX指令軌跡插補(bǔ)[3]的方式將其生成的運(yùn)行代碼進(jìn)行后置處理，如圖6所示。

圖5 工業(yè)機(jī)器人試運(yùn)行程序

圖6 程序后置處理

3 總結(jié)

針對(duì)工業(yè)機(jī)器人去毛刺工序，本文闡述了采用工業(yè)機(jī)器人離線編程的方式對(duì)于不同待加工零件去毛刺的軌跡規(guī)劃思路。采用本機(jī)器人軌跡設(shè)計(jì)方法，可大大提高工業(yè)機(jī)器人去毛刺的生產(chǎn)效率，強(qiáng)大的工作站試運(yùn)行和后置處理功能有效地保障了設(shè)備的安全性和待加工產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了去毛刺工藝過(guò)程的柔性化生產(chǎn)。