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摘 要：提高产品质量、提升生产率、降低生产成本，改善人工作业环境是机器人智能打磨抛光控制系统的出发点。本文对打磨抛光装置和分布式控制方式进行了研究，对于提高工件打磨抛光质量提供借鉴参考。
关键词：机器人；打磨抛光；智能系统
引言
综合考虑市场环境和行业的需要，进行打磨抛光机器人智能控制系统研究与开发探讨是必要的。
一、工业打磨抛光市场环境
工业机器人是面向工业领域的多关节、多自由度的机械一体化自动机械装备和系统，它可以接受人类指挥，可以按照预先编排的程序运行，也可根据人工智能技术制定的纲领行动，结合生产线组成单机或多机自动化系统，完成制造过程中某些操作任务，实现无人化作业。随着人口红利的消失、产品成本降低和产品质量提高等要求因素，高工产研机器人研究所预计未来四年中国抛光打磨市场规模平均增速将超过30%。使用机器人打磨抛光有如下优点：提高打磨质量和产品光洁度，保证其一致性；提高生产率，一天可24小时连续生产；改善工人劳动条件，可在有害环境下长期工作；降低对工人操作技术的要求；缩短产品改型换代的周期，减少相应的投资设备；可再开发性，用户可根据不同样件进行二次编程。
二、打磨抛光机器人控制系统
对打磨抛光机器人智能控制系统研究与开发探讨需结合具体的打磨抛光对象，利用不同的方法实现。研究、开发打磨抛光机器人智能系统需要了解机器人打磨抛光系统结构及分析工件在打磨抛光过程中的各个技术难点，然后研究出最合理的实现方式。考虑打磨抛光的市场环境及工件复杂的打磨轨迹，选用多自由度工业机器人进行打磨方案就显得十分必要了。本文以6关节工业机器人组合专用取料手抓、送料装置、恒力砂带机、恒力抛光机、抽检及返修装置、4工位转台、冲孔及检测装置、桁架下料装置、总控系统及封闭除尘房等装置实现精密铸铝件的自动打磨抛光任务。
三、打磨抛光机器人系统介绍
流程：人工上料→機器人1取料→冒口铣削→披锋打磨→机器人1下料→抽检→4工位展台质检冲孔→不良品分拣→机器人2半成品取料→打磨抛光→机器人2成品下料。
打磨抛光智能系统相关模块介绍如下：
（1）料仓装置：人工摆好毛坯，手动启动系统，气缸送料装置自动将工件送至机器人工作区域。两个独立的送料装置交替作业解决人工上下料操作时机器人停机等待的问题。
（2）机器人抓手：抓取物料的夹具安装在机器人手臂上，实现机器人自动地抓取工件并完成打磨抛光作业。气缸夹取的方式简单实用，应用广泛。
（3）恒力砂带机：采用独立的系统控制，以一个变频异步电机为主动力源，带动砂带旋转。用3个伺服电机驱动齿轮齿条，可输入控制指令设定打磨力度。当打磨工件时，砂带的受力传递给伺服电机，系统通过对伺服电机力矩及电流变化进行换算输出来驱动伺服电机运动实现工件和砂带的接触力恒定。为避免砂带跑偏，系统设置砂带自动纠偏装置。
（4）恒力抛光机：采用独立的系统控制，恒定伺服力矩及电流的变化实时进给麻轮位置，使工件抛光接触力恒定。步进电机推送实现固体打蜡功能。
（5）总控制系统：实现机器人与各打磨抛光装置的I/O信号对接，采用管理层、监控层和设备层三级网络对整生产线进行监控、调度、管理，接受车间生产计划，完成自动化生产。
（6）抽检及修补装置：为避免机器人打磨抛光工件的打磨缺陷及机器人打磨抛光时间的充分利用，定时送出一个打磨工件给人工质检。不合格工件人工执行系统指令使机器人执行区域修补程序。
（7）桁架取料装置：采用气缸组合成三坐标结构，形成与生产线的协同动作，控制简单，经济实惠。
（8）工件检测系统：本方案防爆传感器检测重要孔位的毛刺残存高度，给出产品性能指标的检测及判断信号，使桁架装置执行取料下料动作。工件打磨抛光后表面蜡膜黏连及缺陷瑕疵的识别难度，使视觉检测存在误差，需进一步地进行研究解决。受制于传感器应用技术，抛光面的检测由人工完成。
（9）离线仿真：产线生产前生成工件打磨抛光程序及产线过程模拟程序，配合生产时的产线参数优化，可缩短生产工期，避免不必要返工。
（10）除尘防爆。建立相对封闭的抛光打磨间，隔离产生粉尘的工序，所有设备及可导电物做接地连接，电气设备、照明设备均选用防爆类型。各打磨抛光装置连接-20kPa的高负压除尘系统，从源头开始收集粉尘，管道中设压力传感器和单向隔离阀，粉尘过滤器设耐压、泄压、抑制及隔离等保护措施预防并治理粉尘爆炸。
四、打磨抛光机器人系统研究
对于目前常用的集中式控制系统来说，易于实现且比较简单，但是存在不足和缺陷，比如机器人的静态误差以及使用过程中的动态性能指标对于打磨抛光来说很难达到要求，控制系统的综合工作能力及运行水平有所局限，满足不了高质量水准。本文中机器人控制系统将交流伺服电机的电流环和速度环由伺服驱动器控制，由运动控制器完成电机转动角度位置环控制，从而实现分布式控制。本文中打磨抛光装置采用独立恒力系统控制解决机器人运行误差，调试及使用方便、研制周期短、可靠性高。各产线打磨模块单元比较分散，因此，智能打磨抛光控制采用分布式系统结构，实现机器人与产线功能部件I/O对接，进行信息交互，协调各单元工作。
五、对打磨抛光机器人系统探讨
通过对打磨抛光机器人的分析，采用PID的控制算法来实现机器人手臂的运动，运动的精度存在一定缺陷，并不能完全保证打磨抛光物品的质量和百分之百的成功率。考虑在机器人手臂安装压力传感器及打磨效果检测传感器，实时传输效果数据修正打磨轨迹，将改进现有打磨抛光机器人的不足之处。
当今国内用到六维力传感器及效果检测传感器的打磨机器人产品很少。应用技术不成熟及价格高是力传感器进入工业级领域的最大门槛，一个六维力传感器或效果检测传感器的价格高达几万，加上力控及检测传感器的应用软件研发复杂，致使成套力控或外观检测系统几乎比打磨机器人本体的价格还贵，这是令企业纠结的问题。市场小、采购量不大导致不能实现规模化的生产，而价格高又使得很多企业望而却步，由此构成了一个死循环，如何突破这个循环，也是目前面临的一个难点问题。
结语
文中对机器人智能打磨抛光控制系统进行了研究：可以采用分布式控制系统代替集中式控制；可研发高精度离线仿真软件，研发压力、效果监测等传感器，从而提高工件打磨质量、产品表面光洁度及机器人打磨抛光工作效率。
参考文献
[1]李开生，宗光华.机器人控制器体系结构研究的现状和发展[J].机器人，2016，22（3）：235-240.
[2]王新涛.复杂曲面研磨抛光机器人力控制研究[D].东北大学，2016.
（作者单位：沈阳远大智能高科机器人有限公司）
关键词：机器人；打磨抛光；智能系统
引言
综合考虑市场环境和行业的需要，进行打磨抛光机器人智能控制系统研究与开发探讨是必要的。
一、工业打磨抛光市场环境
工业机器人是面向工业领域的多关节、多自由度的机械一体化自动机械装备和系统，它可以接受人类指挥，可以按照预先编排的程序运行，也可根据人工智能技术制定的纲领行动，结合生产线组成单机或多机自动化系统，完成制造过程中某些操作任务，实现无人化作业。随着人口红利的消失、产品成本降低和产品质量提高等要求因素，高工产研机器人研究所预计未来四年中国抛光打磨市场规模平均增速将超过30%。使用机器人打磨抛光有如下优点：提高打磨质量和产品光洁度，保证其一致性；提高生产率，一天可24小时连续生产；改善工人劳动条件，可在有害环境下长期工作；降低对工人操作技术的要求；缩短产品改型换代的周期，减少相应的投资设备；可再开发性，用户可根据不同样件进行二次编程。
二、打磨抛光机器人控制系统
对打磨抛光机器人智能控制系统研究与开发探讨需结合具体的打磨抛光对象，利用不同的方法实现。研究、开发打磨抛光机器人智能系统需要了解机器人打磨抛光系统结构及分析工件在打磨抛光过程中的各个技术难点，然后研究出最合理的实现方式。考虑打磨抛光的市场环境及工件复杂的打磨轨迹，选用多自由度工业机器人进行打磨方案就显得十分必要了。本文以6关节工业机器人组合专用取料手抓、送料装置、恒力砂带机、恒力抛光机、抽检及返修装置、4工位转台、冲孔及检测装置、桁架下料装置、总控系统及封闭除尘房等装置实现精密铸铝件的自动打磨抛光任务。
三、打磨抛光机器人系统介绍
流程：人工上料→機器人1取料→冒口铣削→披锋打磨→机器人1下料→抽检→4工位展台质检冲孔→不良品分拣→机器人2半成品取料→打磨抛光→机器人2成品下料。
打磨抛光智能系统相关模块介绍如下：
（1）料仓装置：人工摆好毛坯，手动启动系统，气缸送料装置自动将工件送至机器人工作区域。两个独立的送料装置交替作业解决人工上下料操作时机器人停机等待的问题。
（2）机器人抓手：抓取物料的夹具安装在机器人手臂上，实现机器人自动地抓取工件并完成打磨抛光作业。气缸夹取的方式简单实用，应用广泛。
（3）恒力砂带机：采用独立的系统控制，以一个变频异步电机为主动力源，带动砂带旋转。用3个伺服电机驱动齿轮齿条，可输入控制指令设定打磨力度。当打磨工件时，砂带的受力传递给伺服电机，系统通过对伺服电机力矩及电流变化进行换算输出来驱动伺服电机运动实现工件和砂带的接触力恒定。为避免砂带跑偏，系统设置砂带自动纠偏装置。
（4）恒力抛光机：采用独立的系统控制，恒定伺服力矩及电流的变化实时进给麻轮位置，使工件抛光接触力恒定。步进电机推送实现固体打蜡功能。
（5）总控制系统：实现机器人与各打磨抛光装置的I/O信号对接，采用管理层、监控层和设备层三级网络对整生产线进行监控、调度、管理，接受车间生产计划，完成自动化生产。
（6）抽检及修补装置：为避免机器人打磨抛光工件的打磨缺陷及机器人打磨抛光时间的充分利用，定时送出一个打磨工件给人工质检。不合格工件人工执行系统指令使机器人执行区域修补程序。
（7）桁架取料装置：采用气缸组合成三坐标结构，形成与生产线的协同动作，控制简单，经济实惠。
（8）工件检测系统：本方案防爆传感器检测重要孔位的毛刺残存高度，给出产品性能指标的检测及判断信号，使桁架装置执行取料下料动作。工件打磨抛光后表面蜡膜黏连及缺陷瑕疵的识别难度，使视觉检测存在误差，需进一步地进行研究解决。受制于传感器应用技术，抛光面的检测由人工完成。
（9）离线仿真：产线生产前生成工件打磨抛光程序及产线过程模拟程序，配合生产时的产线参数优化，可缩短生产工期，避免不必要返工。
（10）除尘防爆。建立相对封闭的抛光打磨间，隔离产生粉尘的工序，所有设备及可导电物做接地连接，电气设备、照明设备均选用防爆类型。各打磨抛光装置连接-20kPa的高负压除尘系统，从源头开始收集粉尘，管道中设压力传感器和单向隔离阀，粉尘过滤器设耐压、泄压、抑制及隔离等保护措施预防并治理粉尘爆炸。
四、打磨抛光机器人系统研究
对于目前常用的集中式控制系统来说，易于实现且比较简单，但是存在不足和缺陷，比如机器人的静态误差以及使用过程中的动态性能指标对于打磨抛光来说很难达到要求，控制系统的综合工作能力及运行水平有所局限，满足不了高质量水准。本文中机器人控制系统将交流伺服电机的电流环和速度环由伺服驱动器控制，由运动控制器完成电机转动角度位置环控制，从而实现分布式控制。本文中打磨抛光装置采用独立恒力系统控制解决机器人运行误差，调试及使用方便、研制周期短、可靠性高。各产线打磨模块单元比较分散，因此，智能打磨抛光控制采用分布式系统结构，实现机器人与产线功能部件I/O对接，进行信息交互，协调各单元工作。
五、对打磨抛光机器人系统探讨
通过对打磨抛光机器人的分析，采用PID的控制算法来实现机器人手臂的运动，运动的精度存在一定缺陷，并不能完全保证打磨抛光物品的质量和百分之百的成功率。考虑在机器人手臂安装压力传感器及打磨效果检测传感器，实时传输效果数据修正打磨轨迹，将改进现有打磨抛光机器人的不足之处。
当今国内用到六维力传感器及效果检测传感器的打磨机器人产品很少。应用技术不成熟及价格高是力传感器进入工业级领域的最大门槛，一个六维力传感器或效果检测传感器的价格高达几万，加上力控及检测传感器的应用软件研发复杂，致使成套力控或外观检测系统几乎比打磨机器人本体的价格还贵，这是令企业纠结的问题。市场小、采购量不大导致不能实现规模化的生产，而价格高又使得很多企业望而却步，由此构成了一个死循环，如何突破这个循环，也是目前面临的一个难点问题。
结语
文中对机器人智能打磨抛光控制系统进行了研究：可以采用分布式控制系统代替集中式控制；可研发高精度离线仿真软件，研发压力、效果监测等传感器，从而提高工件打磨质量、产品表面光洁度及机器人打磨抛光工作效率。
参考文献
[1]李开生，宗光华.机器人控制器体系结构研究的现状和发展[J].机器人，2016，22（3）：235-240.
[2]王新涛.复杂曲面研磨抛光机器人力控制研究[D].东北大学，2016.
（作者单位：沈阳远大智能高科机器人有限公司）