機器人示教誤差成因分析及消除

劉偉+郭廣磊

摘要：文中對機器人示教誤差產(chǎn)生的原因和示教誤差對焊接產(chǎn)生的影響以及解決辦法進行分析和論述。

關(guān)鍵詞：焊接機器人；示教誤差對焊接的影響；消除方法

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）09-0081-02

一、示教再現(xiàn)及示教誤差

（一）示教再現(xiàn)

機器人的編程類型主要有：示教編程、機器人語言編程與離線編程三種。目前，以示教編程型機器人最為普遍，它是通過移動機器人手臂，將焊絲端部（TCP點）的移動軌跡以坐標點的形式存儲下來，并生成一個機器人焊接作業(yè)程序，該“作業(yè)程序”為一組運動及輔助功能命令，通過自動運行，機器人可以重復(fù)地順序執(zhí)行一系列的焊接作業(yè)，這就是示教—再現(xiàn)工作過程，如圖1所示：

（二）示教誤差及影響

由于焊接機器人的示教過程是通過“眼（觀測）”→“腦（判斷）”→“手（動作）”的配合，因此，示教誤差決定著機器人程序的編程質(zhì)量和實用價值。

示教誤差就是觀測位置坐標點和實際位置坐標點之間的差值。焊接機器人設(shè)備系統(tǒng)的重復(fù)定位精度通常小于±0.1mm，對于薄板焊接，焊絲與焊縫的偏離程度不能大于±0.5mm，否則將導(dǎo)致焊偏甚至焊接失敗。例如，馬鞍形工件的焊縫路徑，焊槍角度需要跟隨“相貫線”焊縫位置變化相應(yīng)做出焊槍姿態(tài)的改變，這對機器人焊槍姿態(tài)和示教點的準確度要求很高，稍有誤差就會出現(xiàn)焊接缺陷，如圖2所示。

為了保證示教軌跡的準確性，通常要在100mm的焊縫上示教50個點，以保證焊接機器人運行平滑及焊縫軌跡的精確。

二、示教誤差類別及消除方法

（一）觀測誤差

人眼的結(jié)構(gòu)相當于一個凸透鏡，眼睛之所以能看見周圍的各種物體，一是必須有光，二是眼球內(nèi)具有可以成像的構(gòu)造。當我們睜開眼睛，從周圍物體發(fā)射或反射而來的光，穿過瞳孔和晶狀體，聚集在眼睛后面的視網(wǎng)膜上，形成這些物體的圖像，連接視網(wǎng)膜的視神經(jīng)立即把這些信息傳送到大腦，所以，我們就能看到外界物體。眼睛觀測景物的原理如圖3所示。

眼睛在觀測物體時是通過晶狀體的調(diào)節(jié)作用來實現(xiàn)的，它相當于一個凸透鏡，當晶狀體（凸透鏡）放松時變薄，遠處來的光線恰好會匯聚在視網(wǎng)膜上，眼球可以看清遠處的物體。當晶狀體（凸透鏡）收縮時變厚，眼球可以看清近處的物體。示教工作中，觀測誤差主要反映在視距誤差和視角誤差兩方面。

1.視距誤差。結(jié)合編程示教工作，眼睛離工件位置越近、成像越大，焊縫看得越清楚。焊縫離眼睛越遠，成像越小，越不利于觀察。實際工作中，經(jīng)常出現(xiàn)編程示教人員在較遠的距離觀察示教點的情況，造成視距誤差的產(chǎn)生，致使焊絲偏離焊縫的情況發(fā)生。所以建議眼睛與示教點的最佳觀測距離為100mm—500mm。

2.視角誤差。人的左、右眼觀看同一位置的物體，如果觀測的角度不同，在視網(wǎng)膜上形成的像位置并不相同，例如，當示教編程人員處于高位向斜下目測焊絲端部與焊縫位置來確定示教點，此時，出現(xiàn)近點（實際位置點）和遠點（眼睛觀測到的位置點），這時，便產(chǎn)生視角誤差。

所以，對一個示教點的確定，一是要近距離觀察，另外，需要前后、左右、上下觀察并修正示教點位置，消除從一個角度觀察所產(chǎn)生的視角誤差。

（二）方法誤差

1.忽視焊絲干伸長變化，導(dǎo)致弧長和焊接電流隨之不斷變化。

2.避免用手掰直焊絲端部的錯誤做法，保持焊絲端部處于自然狀態(tài)；注意導(dǎo)電嘴磨損后孔徑擴大。

3.焊槍姿態(tài)不對，調(diào)整正確的焊槍行走角與工作角。

（三）系統(tǒng)誤差

1.工具中心點（TCP）不準，造成示教誤差。要定期進行TCP點校準，或在工作臺上設(shè)置一個基準點，定期檢查TCP點是否偏離。

2.由于撞擊或關(guān)節(jié)部位長期磨損，機器人重復(fù)定位精度差超±0.1mm，此時應(yīng)通知機器人生產(chǎn)企業(yè)維修。

3.工裝夾具設(shè)計制作不合格，應(yīng)改進工裝夾具或重新設(shè)計。

（四）工件誤差

上道工序問題造成工件的重復(fù)精度不夠。CO2焊接時，工件的重復(fù)精度大于±0.5mm；TIG焊接時，工件的重復(fù)精度大于±0.2mm時會導(dǎo)致焊偏。應(yīng)改進生產(chǎn)工藝方法，提高工件精度。

（五）其他因素

1.光線不足。在較暗的光線下，瞳孔會變大，讓更多的光線進入眼中；而在明亮光線下，瞳孔變得很小，阻止光線進入，起到護眼作用。所以，示教現(xiàn)場的光線應(yīng)明亮、柔和。

2.身體條件。示教人員身體條件和視力應(yīng)滿足現(xiàn)場示教要求。

3.身體疲勞。如果晶狀體的肌肉長時間處于緊張狀態(tài)，眼部肌肉就會疲勞，失去調(diào)節(jié)能力，看到的景物就會模糊。

4.工作態(tài)度。由于工作責(zé)任心不強造成的示教誤差。應(yīng)著力培養(yǎng)嚴謹、快速、精準、規(guī)范的職業(yè)素養(yǎng)。

三、總結(jié)

實際工作中，應(yīng)根據(jù)誤差種類進行分析、判斷和解決。示教誤差成因匯總?cè)鐖D4所示。

綜上所述，焊接機器人雖然是一種自動化程度很高的現(xiàn)代裝備，但它還是要通過操作人員進行示教編程來實現(xiàn)，這就需要機器人操作者不僅要具有應(yīng)用技能，還要具有精益求精的工作責(zé)任感，才能使機器人設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮更大的作用。

參考文獻：

[1]吳九澎，等.機器人應(yīng)用手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2014.

[2]劉偉，等.焊接機器人基本操作及應(yīng)用（第2版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2015.

Robot Teaching Error Cause Analysis and Elimination

LIU Wei，GUO Guang-lei

（ Xiamen Jimei Vocational and Technical Schools，Xiamen，F(xiàn)ujian 361023，China）

Abstract：The causes for the robot teaching and teaching error on the impact of welding and the solution are analyzed and discussed in this paper.

Key words：welding robot；Teach the error influence on welding；elimination method