机器人切除毛刺技术的进展.doc

2012-07-19#########P#r o#g#r e#ss#in#R2o0b1ot2ic -D0eb7u-r r1in9g #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, 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???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 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] In this paper, the procedure char- acteristics and the problems of robot deburring are sur- veyed. The trajectory planning and control strategies for robotic deburring are also analyzed and compared. In the end, the future development directions are discussed. Keywor ds: Robot Debur r ing Tr ajector y plan ~ ning For ce contr ol 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###############2012-07-19#######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