在剛剛過去的2019中國機器人集成應(yīng)用大會上，中國機器人網(wǎng)邀請了多位來自行業(yè)內(nèi)不同領(lǐng)域的嘉賓作為企業(yè)代表來就主題會議內(nèi)容做了分享。為更好地將會議內(nèi)容讓更多的人知道，傳播會議精神，我們將會議內(nèi)容做了梳理。從17日起，我們將每天分享一篇會議相關(guān)內(nèi)容，即是嘉賓當天分享內(nèi)容。
今日主題：《軟實力與硬實力：機器人智能打磨的兩大引擎》
分享嘉賓：安徽配天機器人技術(shù)有限公司（后文簡稱：配天）高級產(chǎn)品經(jīng)理趙明明
趙先生就配天所開展的工作談配天對機器人智能打磨的認識。配天一直認為機器人本體本身不是一個完整的產(chǎn)品，因為機器人本體配合基礎(chǔ)的運動控制只能完成一些簡單的搬運工作，在一些特定的行業(yè)和應(yīng)用場景，機器人本體必須配合相應(yīng)的供應(yīng)軟件、算法以及周邊的一些硬件設(shè)施，才能完成相應(yīng)的工作，機器人打磨也不例外。
打磨拋光在各個領(lǐng)域都是最基礎(chǔ)的一道工序，據(jù)不完全統(tǒng)計，傳統(tǒng)的打磨拋光在有些行業(yè)已占成本的30%，趙先生認為其主要原因是人工成本高。那么，為什么人工成本會這么高呢？實際上，這與其工作環(huán)境是脫離不了關(guān)系的。打磨環(huán)境下，粉塵污染已經(jīng)嚴重威脅到工人的身體健康了，而作為當下時代勞動力主力軍的80和90后，大多是不愿意從事這類工作的，這另一方面也造成了打磨行業(yè)人才缺口較大。而用機器人代替人工，進行智能打磨，不僅能解決工作環(huán)境問題，還能解決人才缺失問題，且約一到兩年時間就能回收機器成本。所以，無論是從環(huán)境、效率、質(zhì)量來看，大多數(shù)行業(yè)更推崇使用機器人來實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。
伙伴產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)表示，近兩年機器人打磨拋光市場數(shù)據(jù)呈持續(xù)增長趨勢，雖說增長率有所下降，但仍保持在20-30%左右。而機器人打磨主要應(yīng)用領(lǐng)域在鑄件去毛刺去毛刺、3C電子產(chǎn)品外殼打磨、焊縫打磨、木材制品打磨、衛(wèi)浴五金產(chǎn)品打磨這五方面，趙先生就這五方面分別做了詳細的解說。
鑄件去毛刺去毛刺
機器人工作分為接觸性和非接觸性兩類。非接觸性作業(yè)如噴涂和弧焊，這類機器人對軌跡位置控制精度的要求不高，但對于接觸式作業(yè)，比如裝配、打磨，如果還是按照傳統(tǒng)的位置控制的話，就會出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致容易導(dǎo)致過磨削或欠磨削。由此，我們不得不提到柔順控制，柔順控制也分為主動型和被動型，鑄件去毛刺常用被動型柔順控制。在機器人末端會添加一個柔順機構(gòu)，當末端執(zhí)行器與工件發(fā)生接觸時，末端柔順執(zhí)行器能夠調(diào)整機器的運動軌跡，從而實現(xiàn)力控。如常用的彈簧（橡皮）浮動和氣浮動力控打磨頭，當接觸力過大時，打磨頭會遠離工件的方向進行偏移運動，當接觸力過小時，打磨頭會靠近工件方向運動，從而實現(xiàn)衡力打磨。而閉環(huán)控制器+浮動順隨補償器和伺服電主軸的出現(xiàn)又將這種柔順控制升級了，更好的實現(xiàn)了軌跡位置補償和加工速度控制。
3C電子產(chǎn)品外殼打磨
這個行業(yè)的顯著性特點就是，打磨軌跡豐富多樣，如：橫擺、圓弧擺、八字擺，而每個打磨軌跡又有數(shù)千個打磨點。如果按照傳統(tǒng)的示教方式，是非常耗時且效果不好，所以配天在此基礎(chǔ)上開發(fā)了曲線插補的功能。通過輔助編程設(shè)定螺旋線的起點終點位置、旋向、螺距、運動速度或時間、平滑距離等參數(shù)，操作人員即能輕松完成產(chǎn)品外殼打磨調(diào)試，采用螺旋線插補功能可以節(jié)省40%以上的示教編程時間。
前面講了被動型柔順控制，這里要說一下主動型柔順控制。主動型柔順控制的實現(xiàn)是在機器末端添加一個六維力度傳感器，當末端執(zhí)行器與工件發(fā)生接觸時，六維力度傳感器會檢測到力的信息并將信息反饋給機器人，機器人會根據(jù)信息對末端執(zhí)行器進行位置或速度的調(diào)整。配天在3C電子產(chǎn)品外殼打磨領(lǐng)域也有許多項目，如：筆記本外殼打磨、電子產(chǎn)品配件打磨、風力葉片打磨、濾波器蓋板打磨。
焊縫打磨
焊縫打磨包括：平面焊縫余高打磨、曲面焊縫余高打磨、不規(guī)則焊縫打磨。對于前兩種情況，激光測距儀實時反饋方焊縫的余高以及左右的距離信息，通過內(nèi)部算法實時計算，調(diào)整打磨工具高度與打磨位置，自適應(yīng)補償工件本體、焊接過程以及工裝所導(dǎo)致的誤差，就能實現(xiàn)柔性打磨加工作業(yè)。但對于不規(guī)則焊縫打磨，除了要定位位置和檢測余高之外，還需要準確識別，因此要采用3D視覺檢測系統(tǒng)，3D鏡頭+算法的測量模式，對工件焊縫3D掃描數(shù)據(jù)進行分析，實現(xiàn)焊縫的識別、準確定位和測量，對焊縫進行智能打磨。
木材制品打磨
木材制品打磨有其行業(yè)標準：AQ4228-2012木材加工系統(tǒng)粉塵防爆安全規(guī)范，規(guī)定了工業(yè)生產(chǎn)中木材及木制品、人造板、木粉的加工處理系統(tǒng)中產(chǎn)生的木質(zhì)及其他纖維質(zhì)材料的粉塵的防爆安全要求。所以，用于這方面的機器人需為防爆機器人，若沒有防爆系統(tǒng)，那必須給機器人穿上防爆外衣，這樣可以很大程度上降低粉塵爆燃的風險。
衛(wèi)浴五金產(chǎn)品打磨
打磨機器人在這個行業(yè)的應(yīng)用，大多數(shù)情況下要配合自動砂帶打磨拋光系統(tǒng)。因為這個行業(yè)的產(chǎn)品大多是不規(guī)則的，類似水龍頭、門把手等工件，外形曲面、曲線比較復(fù)雜，因此多方面配合完成。第一是離線編程仿真軟件及在線調(diào)試；第二是柔順控制，通過砂帶機進行磨削，要求能夠快速響應(yīng)磨削應(yīng)力的變化，保證力控具有一定精度；第三是自動位置/磨損補償功能，這可以跟蹤檢測砂帶的磨損情況，適時調(diào)整打磨軌跡，保證打磨質(zhì)量，通過壓力補償、速度補償來實現(xiàn)。
除了機器人打磨這五個主要應(yīng)用領(lǐng)域，對于機器人運動控制，所有人都關(guān)心同樣兩個問題，那就是速度和精度。那么如何做到高速和高精呢？配天在這方面又做了什么努力？趙先生給出了如下回答。
在速度上，第一，配天采用速度前瞻加工，提前預(yù)判何時加減速，這可以將效率提升到30%以上；第二，配天運用O型速度規(guī)劃（Optimized Velocity Planning），根據(jù)機器人軸空間的運動學(xué)、動力學(xué)約束以及笛卡爾空間運動學(xué)約束，計算出主導(dǎo)軸速度、加速度、加加速度的上限，保證運動平穩(wěn)（加速度連續(xù)）的前提下，發(fā)揮出機器人的最大性能。
在精度上，像傳統(tǒng)的絕對定位精度，配天通過DH補償、重力補償、多點標定、誤差補償算法，將絕對定位精度提升到± 0.1mm以內(nèi)。另外就是絕對路徑保持，因為在整個運動過程中，路徑跟蹤精度也是需要保持的。以往經(jīng)驗來看，當機器人在低速運行時，是能很好的按照規(guī)定路線運行的，但在高速時就會存在偏差，這就好比彎道超車。配天通過改進路徑算法，擺脫了這個困擾，實現(xiàn)了路徑與速度無關(guān)，任何速度下機器人行走的路徑都相同，防止低速示教后高速運行時路徑變化導(dǎo)致碰撞。
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