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2019机器人打磨抛光论坛ATI演讲实录
发布日期:2019-08-10 14:07   来源:未知   阅读:

  2018香港开奖结果!各位来宾、各位朋友,下午好,我来自于美国ATI工业自动化张志军,我主要负责材料去除工具。我今天分享的题目,关键词是接触力和位置姿态的控制。因为在打磨过程当中涉及到两个关键点,打磨时候接触的力到底多大,到底是经过一个什么样的轨迹和位置。前面几位专家已经介绍了这些点,我分享一下ATI在这个问题上是怎么做一些产品或怎样理解的。

  我分析一下,机器人用于加工材料的时候,不管是铣削还是打磨,刀具或者磨具跟工具接触的时候,产生一些力的变化,或者在这个过程当中位置上有什么变化。

  关于力和位置,咱们叫机器人打磨论坛,我想说一下“打”字,大家想到“打”是什么呢?会不会手抬起来,在空中形成一个轨迹,最后到达一个终点,可以想象一下。首先你到达最终终点的时候,那时候会有接触,你手上会有一个力,那个力是被你感知到的。但是你空中走过一个轨迹,我认为这是一个“打”的过程,正好配合今天的关键词,位置姿态的控制,以及接触力。

  基于这两个特点,ATI设计一些专门用于打动的主轴,气动主轴,叫恒力浮动主轴,包括去毛刺的运用。六维力/力矩传感器,它怎么会用打磨?ATI这家公司在美国,在北卡罗来纳州,大概成立30周年,专门做机器人机构,我们公司最多的产品是机器人快换产品,机器人可以切换不同的工具,一个机器人可以干不同的活。我重点介绍恒力浮动去毛刺工具,一个是径向浮动,一个是轴向浮动,还有一个是六维力/力矩传感器。

  其实机器人是柔性的机构,一开始做的是搬运、抓取、喷涂、焊接,现在越来越多的机器人被用来做加工,类似于机床一样,原来做加工,它可以抓电主轴或者加打磨工具,它去做一些加工的工作,相当于机器人成了一个加工机了。那么它会涉及到力的状态,不管是做铣削还是磨削,会涉及到力的状态。下面介绍机器人可以用来铣削雕刻,作为重要的工艺去打磨。韩经理年纪非常轻,但是做了非常伟大的项目,为航母做贡献,替他感到高兴。

  我说一下机器人加工,机器人比起CNC,它跟Cycle有什么特点,跟人做有什么特点。与CNC相比,机器人的位置精度差很多,机器人绝对精度要做到500克,0.5毫米的样子,这是它的劣势。刚性也比较差,机器人是串联机构,CNC是并联机构,刚度完全不在一个等级上,但是在编程上比较一致。但是它有一个优点,六轴有很高的柔性。CNC可以只能加工几个面,但如果用机器人加工,它可以做更多的位置移动,可以加工更多的面,柔性比较好。另外,它比CNC更便宜一点,现在很多雕刻的工作直接用机器人去做了。

  如果与人相比,咱们说的是机器人代替人,机器人可以不断的重复,但是跟人相比,人有一个优势,虽然人刚性差、精度差,人有眼睛,手有感知力,这是特点。现在为什么不能叫机器人,叫机械臂,它只是一个手臂。与人相比,人是一个整体,他有眼睛、大脑、身体。机械臂只是一个可以移动的东西。不管咱们提到的力觉系统,还是视觉系统,都是让机械臂更有感觉,也就是让机器人末端更有知觉,这是它们相比的特点。

  如果把机器人用于加工,它只能用于柔性加工。比如说铣削和刚性磨削,比如说砂轮磨削,它就是刚性磨削,只是用的专机,机器人,刚才说了精度和刚度不够,机器人只能干一些柔性的活,刚才说的打磨抛光去毛刺。我刚才讲到“打”,抬起来有一个轨迹,然后停下来,停下来那一瞬间有一个力。停下来之后,移动摩擦,这叫打磨。

  其实我们机器人干的工作主要是柔性,最多的是柔性磨料,比如说砂带,用砂带做的百叶轮,用纤维做的无纺布,它都是柔性的砂轮,摸上去都有一定的弹性。如果你的工件和磨具、刀具接触的时候,它是有弹性的,不像铣削的刚性。只要有弹性,就有位置的变化、浮动。只要有位置浮动,我们就必须要控制它,尽量控制好,控制精确。抛光轮,麻布轮,这都是比较有柔性的东西。

  还有一种是旋转锉刀,其实就是刀具,非常硬,没有弹性。但我为什么把它列到带柔性,人的手是有弹性的,所以这也称为柔性的工具。只要用的柔性,不管是工具的主轴,还是磨具、刀具本身,如果你用在机器人上面作为加工机,它可能要涉及到位置的控制,除了位置的控制,最终也是为了做力的控制,所以力/位复合,刚才也有人提到力/位复合,其实是这两个因素。

  刚才讲了一些位置的变化,柔性的东西就有位置变化。我分析一下力,什么是力?不管是铣削还是磨削,它们都有一个共同特点,都是圆的,不管是刀具还是砂轮,它们都是圆的,只要是圆的,一般都会连着一个主轴性带它。如果铣刀,在加工的时候,你可以让它轴向输力,就像转头一样。它也可以侧向受力,相当于帮它铣出一个面。

  在打磨的时候,比如说砂轮,比如说现在有人拿工具去打毛刺,他是用砂轮圆周打的,工具在径向的数据。所谓径向,就是主轴的半径方向。端面打磨,他用圆周的端面去打磨,这就叫端面打磨。如果是端面打磨,它叫轴向受力,核心是轴向受力,但是它有一个角度。第五个图是原拍打磨,偏心的,实际上是原拍中心点和主轴中心点是不同心的,完全的工件表面进行打磨和抛光,这是受力特点。最终解释,要么是径向,要么是轴向,要么是即有径向也有轴向。

  ATI公司从成立到现在有30多年的时间,专门从事机器人的末端执行工具的研发和制造,根据客户需求,基于这些特点设立了主轴,径向浮动的主轴,配合一些刀头,包括一些磨料。轴向浮动,也可以配一些刀头和磨料。我把配合刀头的叫机加工,配合磨料的叫研磨,因为它们有一些区别,一般研磨的直径比较大,研磨直径大,转速低。一般刀头的寿命比较长,一把刀可以干三五天,而一个磨料基本上干三五分钟,这是本质区别。刚才提到磨料怎么替换,也是打磨机器人要面临的一个重要的问题。

  它首先是旋转的气动马达,可以做360度的浮动,浮动相当于我可以弥补机器人本身位置的精度不足。另外,工件的偏差,只要工件足够浮动,就可以弥补两个误差:机器人和工件。我弥补这两个误差之后,我保证跟它始终有接触,接触就会形成铣削,形成打磨,或者形成材料去除。根据毛刺的大小,一般从150瓦到1000瓦,功率越小,去毛刺越小,从0.1毫米一直到3毫米的毛刺。刚才提到有的毛刺铸造的有十几毫米,ATI的气动马达扭矩不够,那时候需要浮动的电主轴现在ATI没有这样的产品,但是我们也正在开发这样的产品。

  浮动是通过球面轴承,相当于是一个马达,那个马达可以随意晃动,360度浮动。恒力怎么来的?恒力来自于中间这圈活塞,这圈活塞一通气的话,它就会把马达顶到中间,顶的力有限,如果超过它的阀值,它就会离开。比如我输入一公斤的气,它最多可以产生10mm的力。我在使用的过程当中,在真正打磨的过程当中,或者去毛刺的过程当中,我希望刀具,或者磨具跟工具恒力接触,我怎么获恒力?要想获得恒力,必须把刀头搬到一边去,只要搬到一边去,它的力是恒定的。所以在使用的过程中,它有一个使用范围。比如说这把刀具,它的浮动范围是一个8毫米半径的圈,红色的是它的边界,黑色的是它最终的点。在工作的时候,希望是在内层区域,在那个区域的工作是最安全的。我再强调一点,如果你想要获得恒力,一定要让刀主轴偏转到内层的区域。在那个区域里,首先是恒力的,并且安全,不至于把这个东西损害。

  在工作的时候,必须要把刀头搬过去,怎么做示教呢?今天也提到编程,有人手工示教编程,有离线编程。这个更多的是做人工示教编程,我怎么去找那个点呢?现在有一个辅助的示教工具,在示教的时候,把刀头拿掉,我把恒的黑点,高低的点当成你要偏离的位置的点。这样的话,我在示教的时候,把标杆和要打磨的区域有些接触,这时候就可以辅助来完成工具的示教。

  另外,轴向浮动比径向,轴向浮动比径向浮动简单一点,因为轴向浮动就是单项的轴,相当于气缸一样在里面浮动。右边那个是打磨用的,配合毛刷,它是做轴向浮动的。它有一个比较合理的工作区域,左边刀头,它可以深度4毫米。因为一通气就顶出来了,最佳工作区域缩回到3毫米-2毫米,这样就可以完成恒力的加工。右边的是浮动范围大一点,0毫米到15毫米,意味着会顶出比较多,毛刷本身柔性比较大。这时候最佳工作区域在7.5毫米到12毫米之间,这是使用的情况。不管在哪个区域,这个东西跟弹簧不一样,弹簧是深处的越多,或者压力越多,深处的力越大。这个东西不管是深处的多还是少,我就是使用恒力,这是它与弹簧对比的特点。

  这些工具用在什么地方呢?现在用的比较多的是去毛刺,去毛刺有很多种方法,我们用机器人主要是框定在这个区域里。我讲一下打磨、打光、打毛刺的特点,我认为打磨和打光,主要是打大面,去除一些材料用光。去毛刺,一般都在边缘,这是它们的特点。现在这种工具,我们的工具比较适合去毛刺,用旋转锉刀,或者用刮刀,或者是动力毛刷、动力端面研磨。如果是端面研磨,一定是轴向受力。

  轴向浮动的主轴,这时候可以配合一些毛刷,案例是做杠杆的去毛刺。它有一个不同之处,毛刷与刀,刀需要严格的轨迹才能去掉边缘的模式。但是对于毛刷,因为它的面积比较大,只要盖上这个区域就能把毛刺去掉。当然也可以做一些焊缝的加工,端面的砂碟也可以把那个去除掉。但是我们目前的工具都是气动,气动的扭矩输出有限,只能打一些小的焊缝,更大功率的电动马达敬请期待。

  比如说这是一个铁饼,它是刚性的,一点儿都不带浮动,但是它可以传输6个方向的量,3个力,XYZ三个方向的力,绕着XYZ的扭矩。所谓的扭矩,它有一定的距离,像扳手一样。然后力传感器,你可以把信息传递给机器人本体,一般情况下一秒钟可以接收到250HZ的型号,实时判断前端力的情况,最终来调整机器人的位置。

  我再介绍一下位置姿态传感器,这不是ATI的产品,用于离线编程有独特作用。所以位置姿态传感器,现在大家玩手机,比如玩飞机,飞机往哪边飞,不管往哪个方向旋转都能采集出来,这个叫陀螺仪。还有加速度传感器,很多人都喜欢看步数,你每走一步,手机在你的口袋里加速停下来,它是用加速器把手机感测出来,它知道手机怎么动。还有一个是位置,它把手机放在磁性位置中,不管在空间的那个点都可以把你找出来。这样的话,意味着任何物体在空间的位置,首先是它的坐标点,还有坐标的旋转角度都可以采集出来,采集出来就可以准确的获得这个物体。对于打磨来讲,就是这个工具的各种的位置信息。

  所以有六维力传感器可以获得力的信息,有位置姿态传感器就可以获得位置信息。它有什么作用呢?这是一个案例。手里拿的黑色的部分是力的传感器,白色的部分是位置传感器。我在用它的时候,我就找一个熟练的工人,这是一个抛光的应用,用麻轮抛光,但是我的两个传感器,我把这个人每时每刻的信息记录下来。因为我的采集频率非常高,一秒钟可以采集1000HZ,打磨的时候,核心的信息全部采集下来,位置信息和力的信息。比如说打磨一个件需要2分钟,我采集2分钟的数据,这时候自动生成机器人打磨程序。

  手在执行的时候,手来控制位置,力传感器也可以采集到。但是到了机器人执行端的时候,在它的末端有六维力传感器。因为你让机器人在执行打磨的过程中,到底机器人使多大力,这时候需要机器人上面的六维传感器跟它做交流互动。这就是新型的利用力传感器和位置传感器的离线编程方式,离线编程有很多种,这种完全不需要那么复杂的软件,需要人机协作,人在打磨的时候,记录下核心信息,最后生成一个可以让机器人实现的轨迹,它基于核心技术平台,六维力传感器和电子传感器。