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1、2012-07-19#########P#ro#g#re#ss#in#R2o0b1ot2ic-D0eb7u-rr1in9g#Te#ch#n#ol#og#y#2#012-07-19########山东大学机械工程学院王宪伦王勇薛云娜[摘要]介绍了机器人切除毛刺的加工过程的特点,指出了实际应用中存在的问题,并重点对机器人切除毛刺操作的轨迹规划和控制策略进行了分析比较。最后展望了机器人去毛刺技术的发展方向。进行准确的路径跟踪,确保刀具沿毛刺存在方向运动;二是在表面施加恰当的力,保证完全去除毛刺,同时避免损坏零件表面和刀具。对于小型和精度要求较低的零件,
2、机器人去毛刺的过程较简单,仅涉及到轨迹的规划和避障,而航空航天行业大型复杂零件及精度要求较高的零件的去毛刺过程则相对复杂,需要精确控制机器人的运动轨迹和接触力,属于力控制即柔顺控制。在实际操作中去毛刺机器人力控制方式有别于装配操作机器人,前者以非冲突的方法控制力和力矩,沿着被约束的方向控制力,沿着非约束的方向控制位置,根据运动中的接触力来修正和实现规划好的路径。而装配机器人的力反馈则是为了增加在约束环境中的定位精度,是机械手末端执行器对于环境的实际位置的信息源。去毛刺机器人的路径规划和力控制方式与抛光、研磨机器人也有很大区别,去毛刺过程中机械手必
3、须准确跟踪零件的棱边,而抛光机械手必须完成对待加工曲面的跟踪;去毛刺过程中末端工具沿进给方向的切向力随着毛刺大小的不同变化较大,对加工效果产生很大影响,必须同时控制切向力和法向力,而抛光操作由于切除材料少,切向力一般不作特别控制。1.2操作过程的分类根据去毛刺机器人末端执行器夹持对象的不同可以把去毛刺加工方法分为2类。(1)夹持零件法:去毛刺工具位置固定,机器人夹持着零件按设定的轨迹执行进给运动,从而切除毛刺。这种方法仅适合尺寸较小、质量较轻、形状简单的零件。(2)夹持工具法:机器人夹持着加工工具沿零件的棱边作进给运动,完成去毛刺加工。这种方式适
4、合质量较大、外形复杂的零件。无论哪种方式,两者间的相对运动都必须是具有高的位置精度和重复定位精度的连续轨迹运动。关键词:机器人去毛刺轨迹规划力控制[ABSTRACT]Inthispaper,theprocedurechar-acteristicsandtheproblemsofrobotdeburringaresur-veyed.Thetrajectoryplanningandcontrolstrategiesforroboticdeburringarealsoanalyzedandcompared.Intheend,thefuturedevel
5、opmentdirectionsarediscussed.Keywords:RobotDeburringTrajectoryplan~ningForcecontrol在零件加工中会产生各种毛刺,毛刺的存在不但影响零件的表面质量和实际应用,而且对环境、人身也有一定的影响。机器人去毛刺因其易于实现作业的自动化、柔性化和智能化,有较高的加工效率和加工精度,可以减少零件的报废率,并且具有易于与外围设备集成、加工方法简单、花费较低等优点,得到了快速发展和应用。国外切除毛刺机器人的研究已有20多年的历史,特别是航空航天领域的研究与应用已取得了大量的成果,但还
6、有很多关键问题有待解决,仍被认为处于初级研究阶段。国内航空航天领域也已开始使用机器人去除航空发动机叶片上的毛刺,提高了叶片的磨削加工精度和使用寿命,并可减少废品,被认为是很有前途的工艺方法。1概述1.1操作过程的特点机器人去毛刺操作是在保证零件尺寸公差的前提下,驱动加工工具沿着零件的棱边运动以切除毛刺的过程。整个操作可以分为2个子任务,一是对工件棱边2操作规划和编程*教育部留学回国基金(01345)、山东省自然科学基金(Y2002F13)资助项目。由于机器人去毛刺多用于复杂零件,且需要对棱2012-07-19###############2012
7、-07-19#######2#012-07-19########边进行准确的跟踪,因此需要较多的路径点和较高的位置精度,这给机器人去毛刺系统的编程带来很大的困难。目前有以下2种常见路径规划方式。2.1离线编程方式通过基于零件CAD/CAM模型的机器人仿真系统进行离线编程,可节省编程时间,具有一定的优越性。但是由于理论建模和实际环境的误差影响因素较多,计算出的轨迹有时很难达到加工要求,在实际加工过程中还应进行修改或在线调整。通用机器人的编程仿真软件,如GRASP、WORKSPACE等都有离线编程功能,但是对于去毛刺这种复杂任务的编程有一定的难度;专
8、用于去毛刺机器人的编程仿真软件,如ADACS和CDWS可从零件CAD模型中分离出边界,然后提取棱边的特征信息,根据这些信息得出工具末端轨
