儲(chǔ)鍇

【摘 ?要】機(jī)器人本質(zhì)上的設(shè)計(jì)思路是將人類的優(yōu)勢(shì)和機(jī)械充分結(jié)合的一種電子機(jī)械裝置，本文對(duì)噴漆機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行分析，通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)、動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)三方面對(duì)噴漆機(jī)器人若干關(guān)鍵技術(shù)分析做以深入分析，希望能給相關(guān)人員提供有效參考。

【關(guān)鍵詞】噴漆機(jī)器人;運(yùn)動(dòng)學(xué)原理;運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)

引言

機(jī)器人對(duì)于環(huán)境的反應(yīng)速度要高于人類，并且具備系統(tǒng)化的分辨能力，可以保持長(zhǎng)時(shí)間的工作，效率高，對(duì)于周?chē)鷲毫迎h(huán)境的干擾程度較小，是一種機(jī)械升級(jí)所應(yīng)運(yùn)而生的產(chǎn)物。機(jī)器人的設(shè)計(jì)包含多種科學(xué)原理和理論知識(shí)，其中涉及計(jì)算機(jī)的操作、控制理論、結(jié)構(gòu)學(xué)、傳感技術(shù)以及人工智能等多種高科技。

1.噴漆機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀

由于目前生產(chǎn)過(guò)程都趨于自動(dòng)化，大多數(shù)的制造過(guò)程都需要涂裝作業(yè)，無(wú)論是哪一種制造業(yè)都需要對(duì)表面進(jìn)行深層次的噴涂加工，隨著家電、輕工業(yè)、汽車(chē)制造業(yè)的發(fā)展，外觀的噴涂質(zhì)量會(huì)影響到最終市場(chǎng)銷售狀況，所以針對(duì)此類情況，當(dāng)今社會(huì)對(duì)于噴涂技術(shù)有了更加嚴(yán)格的要求。在傳統(tǒng)的制造業(yè)中，大部分的噴涂技術(shù)都是主要以人工噴涂為主，但是由于材料帶有化學(xué)物質(zhì)，會(huì)嚴(yán)重?fù)p害工作人員的身體健康，甚至?xí)斐陕殬I(yè)病，并且由于人工環(huán)節(jié)較多，就會(huì)導(dǎo)致在噴涂的過(guò)程中存有大量的失誤，影響產(chǎn)品銷售質(zhì)量，與此同時(shí)，也造成了公司運(yùn)行人力資源成本的提升。但是由于科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，目前在噴涂領(lǐng)域中逐漸實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，噴涂機(jī)器人的運(yùn)用而生將徹底的減輕噴涂過(guò)程中對(duì)于工作人員的依賴程度，減少公司對(duì)于人力資源投入的成本。噴涂機(jī)器人的主要優(yōu)勢(shì)就是能夠精確、均勻的噴涂產(chǎn)品，很少出現(xiàn)失誤情況，整個(gè)流程呈現(xiàn)一種流線的狀態(tài)，在保證質(zhì)量的同時(shí)也會(huì)不受化學(xué)產(chǎn)品的影響。另外，因?yàn)闄C(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)主要是經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)的控制實(shí)現(xiàn)流程化操作的，工作人員對(duì)其這個(gè)噴涂環(huán)節(jié)的修改主要是通過(guò)修改程序從而管控機(jī)器人，所以可操控度以及靈活度較高[1]。

2.噴漆機(jī)器人若干關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)

因?yàn)閲娖崞陂g，需要機(jī)器人保持長(zhǎng)期的工作狀態(tài)，所以為保證噴漆環(huán)節(jié)中的質(zhì)量和效率，就需要在操作時(shí)，嚴(yán)格把控噴槍的運(yùn)動(dòng)軌跡以及姿勢(shì)的角度。另外，因?yàn)閲娖峁ぷ髦饕菍⒂推犷惖幕瘜W(xué)物質(zhì)經(jīng)過(guò)霧化處理之后，均勻的噴施在整個(gè)零件的表面上，但是在晾干的過(guò)程中，由于物件上方有一層粘性油漆，較為脆弱，所以就需要在調(diào)整機(jī)器人運(yùn)行規(guī)律時(shí)，處理好機(jī)器人設(shè)備連接的管線，以防止管線的刮蹭，從而破壞最后的產(chǎn)品質(zhì)量。針對(duì)上述情況，需要著重調(diào)節(jié)其運(yùn)動(dòng)功能，在機(jī)械臂的裝置中，使用率較為頻繁的是旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和直移關(guān)節(jié)，生產(chǎn)流程需要每一處關(guān)節(jié)都要有獨(dú)立的可操作性，共分為三個(gè)結(jié)構(gòu)形式。第一，直角坐標(biāo)型，整個(gè)關(guān)節(jié)的裝置為PPP形式，每一個(gè)關(guān)節(jié)軸線都需要保持一種垂直的狀態(tài)，可以視為笛卡爾坐標(biāo)系中的不同坐標(biāo)軸，彼此可獨(dú)立操作，對(duì)其的管控較為簡(jiǎn)單。第二種，圓柱坐標(biāo)型，此環(huán)節(jié)設(shè)置為RPP形式，R關(guān)節(jié)末端的操作器在運(yùn)行的過(guò)程中可以呈現(xiàn)一種圓弧的運(yùn)動(dòng)狀況，采用第一個(gè)p關(guān)節(jié)，將尾端的運(yùn)動(dòng)范圍轉(zhuǎn)換為圓柱面，在第二個(gè)p關(guān)節(jié)中，能夠轉(zhuǎn)變此圓柱面的直徑，從而調(diào)整整個(gè)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程。第三種，球坐標(biāo)型，此裝置為RRP形式，其中會(huì)有兩個(gè)R關(guān)節(jié)操控尾端執(zhí)行器，總體呈現(xiàn)一種圓球面狀的運(yùn)動(dòng)，P關(guān)節(jié)能夠更改整個(gè)球面的直徑，從而利用此種方式管控總體操作。

2.2動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)

噴涂機(jī)器人的主要服務(wù)對(duì)象大部分都是一種曲面性結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，通常存在不規(guī)則性，最主要的工作任務(wù)就是對(duì)產(chǎn)品的內(nèi)部以及外部做以噴漆作業(yè)，所以以上的操作步驟就需要此機(jī)器人能夠在工作過(guò)程中對(duì)物體的每一個(gè)表面均勻的噴施。因此在制作過(guò)程中，有關(guān)工作人員都需要針對(duì)機(jī)器人的手腕部位運(yùn)動(dòng)狀況進(jìn)行反復(fù)的調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)可以在較小的區(qū)域中靈活的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)為防止均勻的噴施，還需要工作人員著重調(diào)節(jié)器內(nèi)部的碰撞感應(yīng)。在設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)學(xué)的環(huán)節(jié)，應(yīng)當(dāng)事先確定人桿運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)，才可以進(jìn)行下一步驟的遞推關(guān)系計(jì)算，而后判斷關(guān)節(jié)處于運(yùn)動(dòng)時(shí)其余桿件的運(yùn)動(dòng)狀況，并計(jì)算出此過(guò)程的反約束力。只注重給定外載荷時(shí)，機(jī)器人相應(yīng)的關(guān)節(jié)就會(huì)保持在最大的關(guān)節(jié)約束狀態(tài)，此過(guò)程通常會(huì)被稱之為動(dòng)力學(xué)參數(shù)。需要根據(jù)實(shí)際情況整體性修改機(jī)器人，從而實(shí)現(xiàn)區(qū)域上的升級(jí)，此種設(shè)計(jì)思路需要建立以大量的實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)?，F(xiàn)階段，機(jī)器人的設(shè)計(jì)過(guò)程都是結(jié)合計(jì)算機(jī)設(shè)備，通過(guò)三維建模而實(shí)現(xiàn)的，以solid edge為例，設(shè)計(jì)尾端桿件和相關(guān)的零件，并在進(jìn)行設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)中，把控設(shè)計(jì)元件上的原點(diǎn)，安裝手爪區(qū)域上的基面，將其中心位置視為設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)，并與周?chē)沫h(huán)境相契合，調(diào)整尾端桿件的位置[2]。

2.3運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)

機(jī)器人尾端執(zhí)行裝置的準(zhǔn)確度是通過(guò)控制器和計(jì)算器中對(duì)于幾何參數(shù)得以實(shí)現(xiàn)的，要想提升裝置的準(zhǔn)確程度，需要采用標(biāo)定的方式從而調(diào)整機(jī)器人的幾何數(shù)據(jù)，然后將通過(guò)計(jì)算之后的結(jié)果轉(zhuǎn)換到實(shí)際的運(yùn)動(dòng)學(xué)建模中。針對(duì)機(jī)器人整個(gè)噴漆運(yùn)動(dòng)的狀況而言，噴槍運(yùn)動(dòng)軌跡會(huì)影響最后產(chǎn)品噴施的質(zhì)量和效率，基座的坐標(biāo)和工件的坐標(biāo)區(qū)域固定之后，機(jī)器人的噴槍相應(yīng)的零件運(yùn)動(dòng)軌跡就取決于機(jī)器人自身的運(yùn)動(dòng)精確程度。所以，要想提升機(jī)器人運(yùn)作過(guò)程中減少出錯(cuò)率，就需要對(duì)多個(gè)元件的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行把關(guān)，控制多個(gè)零件的運(yùn)行狀況和數(shù)據(jù)參數(shù)，從而提升整個(gè)機(jī)器人運(yùn)作的質(zhì)量和精準(zhǔn)程度。另外，針對(duì)機(jī)器人的離線編程技術(shù)實(shí)用化的層面進(jìn)行分析，噴漆機(jī)器人的標(biāo)定也會(huì)影響著整個(gè)操作流程。標(biāo)定通常情況是指通過(guò)現(xiàn)代化的測(cè)量和模型數(shù)據(jù)計(jì)算的方式判斷機(jī)器人模型的數(shù)據(jù)信息，在此過(guò)程中能夠?qū)崿F(xiàn)提升運(yùn)作的精準(zhǔn)度。此結(jié)果是被識(shí)別之后的機(jī)器人數(shù)據(jù)，可以有效提升機(jī)器人工作的質(zhì)量和效率。此過(guò)程涉及到建模、計(jì)算、測(cè)量以及誤差補(bǔ)償，以上方面會(huì)在實(shí)際操作中形成一個(gè)整體，通過(guò)數(shù)據(jù)建模之后，借助測(cè)量固定機(jī)器人的姿勢(shì)，將參數(shù)識(shí)別的方式帶到機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，并得到一個(gè)數(shù)據(jù)的誤差狀況，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的模型修改。

結(jié)論：隨著時(shí)代的發(fā)展，目前在制造噴涂機(jī)器人的過(guò)程中會(huì)涉及到大量的科學(xué)理論，并針對(duì)其運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，反復(fù)調(diào)整內(nèi)部互動(dòng)參數(shù)，對(duì)于技術(shù)人員的需求較高。在運(yùn)行的過(guò)程中，需要多種技術(shù)的支持，其中最主要的就是運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)以及運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)的總結(jié)，只有靈活的掌握其中技術(shù)才會(huì)保證噴涂機(jī)器人的正常運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]曹仁俊.噴涂機(jī)器人工作站的研究與實(shí)現(xiàn)[D].安徽工程大學(xué)，2019.

[2]王澤龍.涂裝噴漆機(jī)器人仿形離線編程仿真技術(shù)應(yīng)用探究[J].現(xiàn)代涂料與涂裝，2019，22（02）：34-37+40.

（作者單位：浙江銀輪機(jī)械股份有限公司）