盧 葵

（韶關(guān)市技師學(xué)院 廣東 韶關(guān) 512000）

1 引言

工業(yè)機器人的研究與應(yīng)用是一項系統(tǒng)的工程，其主要涵蓋了工業(yè)制造、自動化以及現(xiàn)代控制、人工智能等前沿領(lǐng)域，在一定程度上推動了現(xiàn)代制造行業(yè)的發(fā)展。在切削加工作業(yè)中應(yīng)用機器人具有靈活性良好、便于操作、實用性以及通用性較強的特征，可以有效的提升產(chǎn)品質(zhì)量與效果。

2 切削加工作業(yè)中的機器人應(yīng)用優(yōu)勢

切削加工作業(yè)中應(yīng)用機器人加工具有一定的優(yōu)勢，在實踐中可以提升產(chǎn)品的加工品質(zhì)以及產(chǎn)品的外表的整體光潔度，可以提升質(zhì)量效果。同時，在切削加工中機器人可以持續(xù)工作，對于工作的環(huán)境沒有嚴(yán)格的要求，可以在一些噪音嘈雜且有害的環(huán)境中進(jìn)行連續(xù)的工作，可以有效的提升整體的經(jīng)濟效益。機器人在切削加工作業(yè)中具有一定的開發(fā)能力，可以基于不同的加工要求、條件狀況進(jìn)行二次開發(fā)與研究，可以提升整個加工質(zhì)量與效果。在切削加工作業(yè)中應(yīng)用機器人可以降低傳統(tǒng)加工模式的資金成本投入，在提升產(chǎn)品品質(zhì)的同時降低成本，對于企業(yè)的經(jīng)濟效益提升有著積極的作用。

在切削加工機器人的應(yīng)用中，主要就是通過示教再現(xiàn)以及離線編程的兩種模式為主要方式進(jìn)行機器人的切削作業(yè)加工處理，但是，因為此種方式無法基于定位誤差、裝夾誤差等因素對各種機器人進(jìn)行在線調(diào)整，完善其加工軌跡，就會無法保障其整體質(zhì)量，精準(zhǔn)度也無法系統(tǒng)控制，離線編程也會耗費大量的資金?，F(xiàn)階段相關(guān)學(xué)者提出了基于實時調(diào)整加工軌跡的方式對機器人進(jìn)行控制調(diào)整，可以在根本上增強機器人加工的自動化程度與能力，可以在根本上提升機器人切削加工的穩(wěn)定性以及精準(zhǔn)度。在根本上加強對機器人控制范圍的管理，效果相對較為顯著，在切削加工作業(yè)中有著較為顯著的優(yōu)勢。

3 切削加工作業(yè)中的機器人應(yīng)用之研究

3.1 切削加工作業(yè)中的機器人應(yīng)用問題

在切削加工作業(yè)中應(yīng)用機器人會出現(xiàn)一些不穩(wěn)定的狀態(tài)與問題。例如，在機器人停止、啟動過程中，機器人的末端會出現(xiàn)一些抖動問題，在機器人運動到特定位置附近就會出現(xiàn)振動增大等問題；在機器人末端操作器運動過程中，其實際到達(dá)的位置與既定的作業(yè)點距離相差較大等問題。出現(xiàn)這種問題會直接的降低切削效果與質(zhì)量，會給機器人的自身結(jié)構(gòu)、機械帶來一定的磨損以及破壞性影響，會縮短應(yīng)用壽命，在一定程度上會直接導(dǎo)致各種安全隱患問題的出現(xiàn)。

在切削加工中應(yīng)用機器人必須要保障其運動的穩(wěn)定性，要加強對機器人末端操作器位移、速度以及加速度變化的控制，合理控制，進(jìn)而保障切削加工精準(zhǔn)度。在實踐中，為了提升切削加工作業(yè)中機器人末端操作器的位移、速度以及加速度的控制質(zhì)量，提升精準(zhǔn)度，增強精準(zhǔn)度，必須要對機器人切削加工作業(yè)的動作路徑進(jìn)行規(guī)范與約束，對其進(jìn)行合理規(guī)范，通過方針模擬的方式，在根本上避免在切削加工中出現(xiàn)振動、抖動等問題。

3.2 切削加工作業(yè)中的機器人應(yīng)用軌跡規(guī)劃分析

因此，機器人在切削加工中應(yīng)用的主要重點就是對其軌跡進(jìn)行系統(tǒng)的研究分析，也就是通過對機器人作業(yè)中末端操作器在工作空間中達(dá)到特定位置的位移、具體的速度以及加速度之間的比例關(guān)系。在切削加工作業(yè)中對機器人進(jìn)行軌跡規(guī)劃就是基于機器人末端操作器作為具體動作路徑的一種約束條件，通過對其末端操作器預(yù)先設(shè)置規(guī)劃的運動路徑進(jìn)行計算機分析，利用數(shù)學(xué)函數(shù)對各項實際動作約束條件進(jìn)行描述分析，綜合具體狀況進(jìn)行末端操作器具體位移、速度以及加速度的推導(dǎo)分析，進(jìn)而生成一定的運動軌跡。

對切削機器人進(jìn)行軌跡規(guī)劃分析，就是基于機器人結(jié)構(gòu)參數(shù)的實際狀況基礎(chǔ)之上，對各種信息參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)分析，探究機器人的軌跡規(guī)劃方式，對工業(yè)機器人的切削加工預(yù)計工作路徑進(jìn)行系統(tǒng)描述處理。通過對在工業(yè)機器人軌跡規(guī)劃研究，可以保障機器人在切削加工中的精準(zhǔn)度，保障機器人在切削中可以平穩(wěn)、快速以及精準(zhǔn)的作業(yè)，提升機器人在各個施工作業(yè)環(huán)節(jié)中的平滑性以及穩(wěn)定性，進(jìn)而降低損壞以及磨損問題，保障整個操作流程中工作人員的安全。

3.3 切削加工作業(yè)中的機器人應(yīng)用軌跡規(guī)劃設(shè)計

切削加工作業(yè)中必須要強化機器人應(yīng)用分析，通過對機器人運動學(xué)理論分析，分析切削加工機器人的運動軌跡，對機器人的接班結(jié)構(gòu)以及參數(shù)進(jìn)行分析，通過任意質(zhì)點在整個坐標(biāo)系中的相關(guān)位姿進(jìn)行描述方法、對相同質(zhì)點在不同的坐標(biāo)系中的坐標(biāo)變換方法進(jìn)行分析，基于D-H方法構(gòu)建切削加工機器人的臂桿坐標(biāo)系，對機器人的正、逆運動學(xué)方程進(jìn)行分析，利用運動學(xué)的正向方程對其進(jìn)行系統(tǒng)的驗證分析。在切削加工作業(yè)機器人中的力學(xué)控制器就是一個基于力反饋的位置的補償器，位置補償器的主要控制量就是機器人工具末端直角坐標(biāo)系統(tǒng)中的位置補償量，控制器中的脈沖主要就就是對機器人關(guān)節(jié)的運動位置進(jìn)行控制，必須必須要通過運動學(xué)逆解對機器人直角坐標(biāo)系統(tǒng)的位置以及對應(yīng)關(guān)節(jié)位置函數(shù)關(guān)系進(jìn)行分析。在實踐中，首先要構(gòu)建工具末端坐標(biāo)系統(tǒng)，在一般工具坐標(biāo)系中其僅于機器人末端坐標(biāo)系存在平移關(guān)系。

然后進(jìn)行機器人的力控制系統(tǒng)的設(shè)計。切削加工作業(yè)中應(yīng)用的工業(yè)機器人在實踐中要加強對底層控制程序的控制，對此可以基于ARM以及SRI力傳感器進(jìn)行力學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計，這樣可以增強機器人的處理能力，在設(shè)計中可以通過基于uCos-II內(nèi)核框架進(jìn)行程序設(shè)計，將ARM作運行過程中數(shù)據(jù)采集以及反饋運算的工具，通過機器人控制進(jìn)行位置環(huán)控制處理，其具體的力控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 力學(xué)控制系統(tǒng)

在設(shè)計中，其應(yīng)用的是基于控制為核心的ARM芯片，是一種基于Cortex-M3內(nèi)核的32位微處理器，在應(yīng)用中具有較為豐富的質(zhì)指令集特征以及計算能力。在設(shè)計中可以基于uCos-II控制流程進(jìn)實時任務(wù)的創(chuàng)設(shè)，通過任務(wù)的控制以及監(jiān)控，對切削機器人進(jìn)行信號處理以及反饋控制。

在切削加工作業(yè)中，機器人在接收到執(zhí)行控制任務(wù)后，就會對存儲器中的力信號進(jìn)行讀取，在利用uCos-II的消息郵箱進(jìn)行力信號的傳遞，在監(jiān)控任務(wù)中執(zhí)行。然后，通過執(zhí)行反饋控制程序，進(jìn)行控制量的計算以及發(fā)送，在獲得消息油箱中的力信號之后，就可以開始監(jiān)控任務(wù)。這種通過嵌入式的方式進(jìn)行實時內(nèi)核的力反饋控制方式可以同時開始任務(wù)的監(jiān)控與執(zhí)行，具有一定的穩(wěn)定性以及實時性特征，可以保障機器人切削加工作業(yè)的精準(zhǔn)性。

4 結(jié)語

在切削加工作業(yè)中應(yīng)用機器人可以有效的提升加工質(zhì)量，降低資金投入，節(jié)省人力資源，可以實現(xiàn)持續(xù)作業(yè)，對于產(chǎn)業(yè)效益的提升與增長有著積極的作用。但是在現(xiàn)階段中切削加工作業(yè)中應(yīng)用機器人主要還是存在一定的問題，機器人的控制方式還是有待完善，對此文章主要對切削加工作業(yè)中機器的應(yīng)用進(jìn)行了簡單的探究分析，通過力控制設(shè)計優(yōu)化調(diào)整加工軌跡的方式，提升機器人切削的自動化程度，進(jìn)而提升機器人切削加工的穩(wěn)定性以及精準(zhǔn)度。