工業(yè)機器人工具參考點裝置的創(chuàng)新設計研究

敖冰峰 楊宏帥 徐 鵬

在工業(yè)生產(chǎn)過程中，為了更好地保證工業(yè)機器人開展特定工作，就需要對機器人的相關技術進行改進，與此同時，為了更好地提高機器人的專業(yè)性，往往在機器人身上加裝各種執(zhí)行器，用于進行各種特定的操作。例如搬運機器人的爪夾、焊接機器人的焊槍、涂裝機器人的噴槍等，通過在機器人的末端加裝執(zhí)行器，可以大大提高工業(yè)機器人的工作效率，同時還能夠讓機器人的工作更加專業(yè)化。由于在工作過程中需要進行移動或者姿態(tài)的調(diào)整，所以就需要機器人能夠?qū)ψ陨淼奈恢眠M行適當?shù)恼{(diào)整，從而更好地完成相對應的工作，對此就需要給機器人加裝工具參考點裝置，從而更好地提升機器人的運動與適應能力。

一、工具參考點裝置的意義

在進行工業(yè)生產(chǎn)過程中，有很多的操作過程需要有十分精準的定位，只有如此才能夠更好地保證產(chǎn)品的質(zhì)量，例如在進行焊接工作時，往往需要根據(jù)焊接點的位置和特性進行焊接方式和焊接姿勢的調(diào)整，在人力焊接的過程中，為了更好地保證工藝的水平，往往會請一些經(jīng)驗較為豐富的員工進行重要設備的焊接。在一些設備的焊接過程中如果出現(xiàn)抖動或者其他的問題，就會導致整個設備的質(zhì)量出現(xiàn)問題，甚至導致整個設備無法正常使用，盡管使用機器人進行焊接能夠有效地防止抖動和其他的問題，但是在整個焊接過程中需要不斷地進行焊接姿態(tài)的調(diào)整，所以需要對工業(yè)機器人進行深度的升級與改進，從而大大提高機器人的精準度，所以工具參考點裝置的應用就顯得尤為重要。由此可見，在工業(yè)生產(chǎn)過程中，應用機器人進行生產(chǎn)就必須要加裝工具參考點裝置，只有如此才可以更好地保證機器人進行精準的姿態(tài)和位置的調(diào)整。

在進行裝配時，首先需要對機器人的TCF工具坐標系進行定義，隨后利用控制系統(tǒng)將TCF在坐標系中的具體姿態(tài)與位置進行記錄，在完成上述操作之后，機器人設備就能夠?qū)崿F(xiàn)各種姿態(tài)的轉(zhuǎn)變，同時更好地將加裝在機器人上的工具進行姿態(tài)與位置的調(diào)整，根據(jù)實際的作業(yè)需求進行變換，提高機器人的工作效率和適用范圍。在對工具坐標系進行了正確的標定之后，就能夠全面提升機器人的工作效率，不僅可以對作業(yè)方向進行改變，從而更好地做出各種多樣化的動作，還能夠?qū)CP進行引導，從而實現(xiàn)對整個程序指令的改善，幫助機器人改變運動軌跡和運送速度，大大提高了機器人的穩(wěn)定性。為了更好地保證工業(yè)機器人的運行效率，就需要在操作空間設定參照點，通過設定參照點可以大大提高測量的精度，也就是工具參考點裝置進行測定，這一方式在使用的過程中，可以根據(jù)測定裝置的不同來選擇相對應的測定點數(shù)。

二、工業(yè)參考點裝置的功能要求

在進行工業(yè)生產(chǎn)過程中，為了保證工作的效率，就需要工業(yè)機器人的操作能夠簡單、方便、高效，為了實現(xiàn)這一目標，就需要對工業(yè)機器人使用的工具參考點裝置進行優(yōu)化，只有保證了參考點裝置的安全準確性，才能夠更好地保證工具坐標系的準確性，進而實現(xiàn)整個工作過程準確有效地開展。所以在進行參考點裝置的設計與使用過程中，需要對其進行良好的設計與測試，只有保證各項功能都能夠正常穩(wěn)定運轉(zhuǎn)之后，才能將其應用到工業(yè)機器人的生產(chǎn)中去。

(一)要保證參照點保持位置不變。在進行測定的過程中如果參照點的位置發(fā)生了變化，就會導致整個測定的結(jié)果出現(xiàn)錯誤，從而導致機器人做出錯誤的判斷，同時還要保證參照物不會被隨意改變位置，能夠有效抵抗其他事物的干擾，從而保證測定結(jié)果的準確性。

(二)保證參照點的可及范圍盡量大。在進行工具坐標系的測定時，需要工具和測定點進行接觸，這就需要參照點能夠盡量放置在較大的可及范圍之內(nèi)，從而更好地保證工具可以進行接觸。與此同時，還要保證周圍的干擾因素盡量少，避免工具在進行測定的過程中受到影響，從而導致測定的結(jié)果出現(xiàn)錯誤。對于參照點而言，還需要保證其自身的干涉區(qū)域盡量達到最小。

(三)使用硬度與強度較高的材料制作參照點。由于參照點是能夠多次使用的，所以在進行參照點的生產(chǎn)時，需要選用硬度與耐磨性較好的材料，通過使用這類材料可以保證參照點有更長的使用壽命，不容易出現(xiàn)磨損和變形，保證工具坐標系的測定結(jié)果更加精確。

(四)參照點擺放位置要足夠明顯。在進行測定的過程中，往往需要有操作人員進行參照點的更換以及對設備的操作，因此就需要參照點能夠被及時發(fā)現(xiàn)和捕捉，在測定完成之后也能夠及時地將測定點進行回收，提高整個測定過程的效率。

(五)參照點抗變形能力要強。在進行工具坐標系的測算過程中，不可避免地會出現(xiàn)操作上的失誤，一旦出現(xiàn)操作上的失誤就可能會導致測定點受到損害，所以在制作測定點時要選用抗變形能力強的材料，即使遇到外力也能夠保證測定點不會損壞。

(六)測定點避免面出現(xiàn)銳邊、尖端。在測定點的使用過程中需要操作人員進行重復的移動，如果在測定點表面存在銳邊或者尖端，就很可能在使用的過程中劃傷操作人員，所以為了保證操作人員的安全，就需要加工測定點時避免出現(xiàn)鋒利的棱角和銳利的邊緣。

(七)要保證零件的結(jié)構簡單易加工。在加工工具參考點裝置時，首先需要保證零件的結(jié)構簡單易加工，與此同時，還能夠為后期的使用與維護創(chuàng)造極大的便利。通過使用良好的加工工藝，能夠在保證零件性能的同時，提高零件的安裝與使用的便捷程度，大大提高工作效率。

(八)要注重美觀。在進行工具參考點的設計時，要充分考慮機器人工程學的相關要求，保證設備能夠與參考點相互作用，從而精準地實現(xiàn)工具坐標系的確定。保證設備正常運轉(zhuǎn)的同時，保證參考點裝置的外形美觀，與周圍的環(huán)境相呼應形成一種和諧、穩(wěn)定的氛圍。

三、工業(yè)參考點裝置的設計

現(xiàn)階段使用的尖觸頭的參考點裝置在使用過程中有著一定的弊端，一是利用水彩筆作為尖觸頭工具中的畫筆，往往會由于筆尖較粗，導致在使用過程中很難確定精確位置，在利用四點法測定工具坐標系時，往往會由于精確度不夠而產(chǎn)生較大的故障值。二是在初學者的使用過程中，由于操作不夠熟練很容易將尖端與工作臺相撞，導致水彩筆的筆尖損壞，由于更換過程十分復雜也就需要較長的時間，使得操作者無法正常使用工具參考點裝置。為了更好地避免上述問題的出現(xiàn)，對整個測定方法和測定工具進行改進，就需要設計出一款更加簡單高效的參考點裝置。本文針對參考點裝置的功能要求進行了設計，改善現(xiàn)階段存在的問題，并提出兩種可行方案。

方案一：在選材方面選擇金屬材料進行制造，以此來保證參照點的硬度和強度達到相對應的要求，從而更好地避免在使用過程中出現(xiàn)磨損和變形的問題。此外，為了保證參照點的可見性高，所以可以使用顏色較為明顯的金屬材料。例如銀白色的鋁合金材料，既能夠滿足硬度、強度、可見性的要求，還能夠保證設備整體材料的一致性。具體的外形包含底座、圓柱體過渡和圓錐的頂部。這三部分的組合能夠很好地保證結(jié)構簡單同時加工工藝性良好的要求，總體的高度為40mm，底座直徑為40mm，能夠充分滿足參考點裝置的功能要求。

方案二：相比較與方案一而言，方案二在材料上不做出改變，以此來保證強度、硬度、可見性的要求。通過對方案一的分析可以發(fā)現(xiàn)，方案一設計出來的參考點裝置大小相對較小，因此在方案二的設計中針對這一問題進行了改進，對參考點裝置的底座進行了加高，與此同時在結(jié)構上將整體結(jié)構改為了裝配式結(jié)構，大大提高了參考點裝置的可更換性，各項材料的利用率大大提升，總體的長度也加長到了190mm，底座的直徑擴大為50mm，有著更高的穩(wěn)定性，即使在與TCP進行了接觸也很難發(fā)生位置的改變。

總體來說，方案一在設計上結(jié)構更為簡單，但是在使用過程中高度不容易調(diào)節(jié)，更適合有操作經(jīng)驗的人員進行使用。方案二在設計結(jié)構上相對復雜，對于加工工藝的要求較高需要有著豐富的加工和裝配經(jīng)驗，制作的周期相對較長，但是無需進行高度調(diào)節(jié)，適合初學者進行測定工具坐標系的學習。兩個方案各有優(yōu)略，操作者可以根據(jù)自身的喜好和需求進行選擇。

四、工業(yè)參考點裝置的應用

對于工業(yè)參考點裝置而言，其主要使用用于工具坐標系的測定中，在完成了工具坐標系的測定之后，工業(yè)機器人才能夠正常地進行工作，利用測定完成的工具坐標系來實現(xiàn)各種姿態(tài)和位置的轉(zhuǎn)換。在坐標系的幫助下，可以大大擴大工業(yè)機器人的應用范圍，利用機器人完成一些難度較高的操作，進而實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量的提升。

五、結(jié)語

在進行機器人工具坐標系的測定時，必須要使用工具參考點裝置來完成，通過對參考點裝置的相關分析，確定了參考點裝置的功能要求，進而提出了兩種設計方案，為工具參考點裝置的進行了優(yōu)化，不僅在教學與培訓過程中有一定的使用價值，對工業(yè)機器人參考點裝置的改進也有一定的促進作用。