基于離線編程的工業(yè)機器人去毛刺軌跡規(guī)劃

沈 濤，王 強，劉永興

(宜賓職業(yè)技術學院 智能制造學院， 四川 宜賓 644000)

0 引言

零件在成型或加工的過程中，不可避免地會出現(xiàn)毛刺現(xiàn)象。零件毛刺的出現(xiàn)嚴重影響了零件表面的精度和光潔度，致使零件在組裝過程中無法實現(xiàn)精密配合，嚴重時會出現(xiàn)劃傷等安全事故，因此零件的去毛刺是零件加工過程中必不可少的一道工序[1]。目前，零件的去毛刺方法有車銑加工、手工去毛刺、化學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)負擔，同時，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法一次到位，往往需要三次以上的去毛刺過程，嚴重影響了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。而工業(yè)機器人去毛刺可根據(jù)零件表面情況采取力反饋的方式加工，零件與機器人末端執(zhí)行器運動速度可實現(xiàn)相對恒定，產(chǎn)品去毛刺工藝過程可實現(xiàn)柔性化生產(chǎn)，產(chǎn)品在更換時僅需調(diào)整工業(yè)機器人軌跡即可實現(xiàn)，具有更大的柔性空間。

1 工業(yè)機器人去毛刺軌跡規(guī)劃

工業(yè)機器人軌跡規(guī)劃有離線編程和手動示教兩種方式。零件毛刺在零件上的分布較廣，位置隨機且標定點較多(如圖1、圖2所示)，使得工業(yè)機器人軌跡規(guī)劃的難度較大，采取手動標定工業(yè)機器人運行軌跡的方式較為困難，耗時較長[2],因此在工業(yè)機器人去毛刺工序中，往往采取離線編程自動生成機器人末端執(zhí)行器運行軌跡的方式。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

在工業(yè)機器人離線編程中，由于待加工的工件形式多樣，在工業(yè)機器人離線編程素材庫中無法滿足素材的需求，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待加工工件進行建模，模型的尺寸特征應與待加工工件一致。工件模型設計完成后，將工件模型從工程軟件中導出，拷貝至工業(yè)機器人離線編程軟件素材庫中以完成素材添加。

圖1 齒輪端面毛刺 圖2 內(nèi)孔毛刺

1.2 組建工業(yè)機器人工作站

從工業(yè)機器人素材庫中調(diào)取與實物型號相匹配的工業(yè)機器人。一般而言，與工業(yè)機器人實物相配套的離線編程軟件均自帶有完整系列的工業(yè)機器人模型，因此只需調(diào)用即可。工業(yè)機器人末端執(zhí)行器可在機器人素材庫中調(diào)用，如素材庫中無該型號的末端執(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)機器人工作臺添加至工作站中，工作臺的X、Y、Z尺寸建議以實物測量為準，并在導航樹中修改工作臺位置參數(shù)。最后將待加工工件模型添加至工作臺表面，其擺放位置由工作臺位置參數(shù)確定，如圖3所示。

圖3 工業(yè)機器人工作站組建

1.3 TCP參數(shù)設置

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

1.4 添加自動路徑

利用工業(yè)機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生成標定點，然后將采集到的端面和線段離線成點，如圖4所示。將離線的標定點放大檢查，對于個別方向不一致的標定點，可采用手動單獨調(diào)整的方式調(diào)節(jié)其軌跡方向；對于易產(chǎn)生奇點的標定點采用修改或刪除的方式使工業(yè)機器人軌跡能夠順利運行。

圖4 自動路徑添加

1.5 試運行

待審核無誤后可點擊試運行，以觀察工業(yè)機器人運行軌跡和姿態(tài)。在該步驟中，工業(yè)機器人經(jīng)常會出現(xiàn)奇點，使機器人無法完整試運行，此時需查詢奇點的標定點編號進行微調(diào)，再開展試運行，務求工業(yè)機器人能夠完整地走完所有軌跡路線并且機器人的運行姿態(tài)符合邏輯，最后點擊自動生成機器人運行程序并導出，如圖5所示。

2 后置處理

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

圖5 工業(yè)機器人試運行程序

圖6 程序后置處理

3 總結

針對工業(yè)機器人去毛刺工序，本文闡述了采用工業(yè)機器人離線編程的方式對于不同待加工零件去毛刺的軌跡規(guī)劃思路。采用本機器人軌跡設計方法，可大大提高工業(yè)機器人去毛刺的生產(chǎn)效率，強大的工作站試運行和后置處理功能有效地保障了設備的安全性和待加工產(chǎn)品的生產(chǎn)質量，在一定程度上實現(xiàn)了去毛刺工藝過程的柔性化生產(chǎn)。