六軸混合機(jī)器人在激光噴丸中的應(yīng)用
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圖3是無故障工作了三年，回廠保養(yǎng)的五軸聯(lián)動機(jī)器人。
五軸聯(lián)動機(jī)器人的第四個(gè)軸是安裝在Z軸下端，以Z軸為軸心的轉(zhuǎn)動軸，叫A軸。A軸主要由高精度交流伺服和反向間隙小于0.5弧分的緊密減速機(jī)組成。A軸帶動轉(zhuǎn)動軸B以水平面為軸轉(zhuǎn)動。B軸也主要由高精度交流伺服和反向間隙小于0.5弧分的緊密減速機(jī)組成。
三、五軸聯(lián)動機(jī)器人的控制系統(tǒng)及電箱
由于五軸聯(lián)動機(jī)器人的Z軸采用雙Z軸滾珠絲桿同步驅(qū)動方式，共計(jì)采用了6臺伺服電機(jī)。我們采用了沈陽萊茵機(jī)器人公司自己開發(fā)的，基于ARM的嵌入式8軸連動控制系統(tǒng)。為了雙Z軸的嚴(yán)格同步，在FPGA里面兩路伺服電機(jī)位置環(huán)控制信號由同一路控制信號控制。如圖4所示，該嵌入式8軸連動控制系統(tǒng)帶CAN總線,RS485接口和以太網(wǎng)接口，支持Modbus通信協(xié)議?？梢枣溄映Ｒ姷挠|摸屏和工控機(jī)。所有IO口帶短路保護(hù)及擴(kuò)展，還可以很方便搭建成主從時(shí)式分布式控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)是萊茵機(jī)器人十多年開發(fā)積累的，已在織布機(jī)的電送點(diǎn)卷，包裝機(jī)和火焰切割機(jī)上批量連續(xù)可靠工作多年的嵌入式系統(tǒng)。該系統(tǒng)有是一個(gè)高度開放的控制系統(tǒng)，可以方便修改，增添功能，及用戶自己二次開發(fā)。
四、工作過程
由于激光束的方向是不能改變的，必須控制被噴丸的工件如此精確平穩(wěn)運(yùn)動，確保激光束在要被噴丸處理的區(qū)域，按要求的軌跡和順序噴丸。為此采用示教方式工作，各個(gè)軸間可以同時(shí)聯(lián)動和獨(dú)立運(yùn)動。激光系統(tǒng)可以放出一個(gè)幾乎沒有任何能量的激光點(diǎn)，我們稱為參照激光點(diǎn)。參照激光點(diǎn)的方位與噴丸的激光束完全一樣。示教時(shí)，先手動運(yùn)動使參照激光點(diǎn)照到要被噴丸處理的軌跡上，然后確認(rèn)該點(diǎn)為有效點(diǎn)。示教時(shí)操作者可以用手動操作器在被噴丸零件邊上邊看看控制運(yùn)動。但出于安全考慮，操作員也可以借助高分辨率高清晰的視頻監(jiān)控系統(tǒng)來控制參照激光點(diǎn)在零件上的位置。系統(tǒng)自動記錄下這些有效點(diǎn)對應(yīng)機(jī)器人各種軸的位置，然后上位機(jī)離線自動生產(chǎn)噴丸運(yùn)動軌跡，自動優(yōu)化各個(gè)軸在各個(gè)點(diǎn)的運(yùn)動分量，使運(yùn)動過程平穩(wěn)高速。可以對噴丸軌跡進(jìn)行圖示，局部放大，優(yōu)化噴丸順序，刪減等操作。
如果能得到被噴丸零件的3DCAD數(shù)據(jù)，給出噴丸信息后，借助CAM軟件可以自動生成運(yùn)動軌跡。但通常出于保密等原因，通常是得不得對應(yīng)的3DCAD數(shù)據(jù)。
五、六軸連動機(jī)器人
對于復(fù)雜的整體葉輪等采用六軸聯(lián)動機(jī)器人會更方便。圖4是混合型六軸聯(lián)動機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形式之一，它由三個(gè)直線運(yùn)動軸，兩個(gè)轉(zhuǎn)動軸和一個(gè)擺動軸組成。其中三個(gè)直線運(yùn)動軸是典型的懸臂型直角坐標(biāo)機(jī)器人，也可以是圖2中所以的龍門式三維直角坐標(biāo)機(jī)器人。在上下運(yùn)動的Z軸下端帶動一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，旋轉(zhuǎn)軸帶動一個(gè)擺動軸，擺動軸末端再帶動一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸。最末端的旋轉(zhuǎn)軸帶動手爪。由于兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸和一個(gè)擺動軸其實(shí)就是關(guān)節(jié)機(jī)器人的末端三個(gè)運(yùn)動軸，所以六軸混合機(jī)器人就是三軸直角坐標(biāo)機(jī)器人加上關(guān)節(jié)機(jī)器人的三個(gè)最末端運(yùn)動軸組合而成。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要，混合型機(jī)器人的直線運(yùn)動軸也可以是二維的XY軸結(jié)構(gòu)或XZ軸結(jié)構(gòu)，也可以是龍門式結(jié)構(gòu)。其各個(gè)直線運(yùn)動軸的行程及承載能力可以按要求去做。而兩個(gè)轉(zhuǎn)動軸和一個(gè)擺動軸組成也可以按需要僅選擇一個(gè)轉(zhuǎn)動軸，如從生產(chǎn)線把箱體碼垛到托盤上，也可以是一個(gè)轉(zhuǎn)動軸和一個(gè)擺動軸及其他組合。
圖4：混合型六軸聯(lián)動機(jī)器人示意圖
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