與常見的工業機械人自動化應用不同，拋光和研磨自動化一直充滿挑戰。 基於多年對機械人技術突破的理解和對工藝場景的理解，flexiv為拋光和研磨自動化提供了新的思路機械人研磨拋光研討會關於主題“使用扭矩控制機械人進行磨削的優勢”。進行了深入的分享。
在假期前夕推出自適應機械人是力控機械人的代表之一每個關節都安裝了扭矩感測器，並在一些型號的末端新增了額外的六維力扭矩感測器，以提高感測解像度和控制效能。
自適應機械人共有七個關節，與六自由度（六軸）機械人相比，這種額外的自由度使機械人能夠輕鬆適應狹窄的工作空間，使其在特定的應用場景中非常有用。
直接力控制
首先，我們來談談直接力控制。
傳統工業機械人在進行力控制時，將力指令轉換為速度指令，將速度指令轉換為關節轉矩和電流指令。 這包括兩個步驟，實際上是間接力控制。
使用這種方法，機械人在受力水平上會很僵硬，不利於研磨和拋光應用。 這也是為什麼大多數人選擇在機械人的末端增加乙個順從裝置，以便它可以對機械人進行力控制的原因之一。
對於力矩控制機械人，力命令可直接轉換為關節扭矩命令不需要任何中間步驟。 這就是為什麼我們稱之為直接力控制。 通過直接的力控制，機械人將變得非常快力響應，並給人一種機械人操作非常輕柔的直觀感覺，而這它不會在運動水平上犧牲機械人的速度和剛度。
在平面磨削試驗中，自適應機械人以1000mm s的速度執行，同時在平面上保持恆定的力。 不僅如此，自適應機械人在曲面上的表現也同樣出色，而且它們的工作方式非常相似。 基於飛熙的高精度力感測器，可以自動測量機械人末端刀具的重量和慣性，並計入力控制中，因此無論我們想打磨哪個方向，都可以產生一致的效果。
那麼這種力控制有多精確呢？在手機膠線拋光應用測試中，機械人機械人在手機側面輕輕用力進行快速拋光，以1000mm s的速度執行，加速度8000mm s，同時保持較小的力。
手機膠線拋光測試。
該圖為實際受力測量值：藍線為目標值，為10n;綠線是實際測量值。 當然，這是測量值的縮放圖，所以看起來它正在上公升和下降。 但如果你仔細看資料，你會發現平均力誤差只有02n，最大力誤差小於07n - 該資料足以反映自適應機器人力控制的準確性。
由於非太陽能機械人無需借助柔順裝置即可實現高速精確的力控制，因此機械人的整個工作空間都可以用作浮動範圍。 結合所有這些優勢，我們為設計研磨和拋光應用開闢了更多的可能性。
當不需要遵守裝置時，端刀的設計可以有更多的設計空間。 這使得總負載更輕，允許使用更小的機械人，並且更容易以不同角度安裝甚至翻轉較小的機械人，例如翻轉 4 個自適應機械人來清潔和拋光車頂行李架。
自適應機械人黎明系列有7個自由度，所以它有更多的自由度來避免碰撞，所以我們可以在乙個密閉的空間裡容納四個機械人，而不用擔心碰撞。
車頂行李架清潔。
另乙個優點是：自適應機械人能夠在一定程度上抵抗外部干擾。 例如，當機械人的底座不穩定時（人手正在用力搖晃），機械人仍然可以保持與其表面的接觸，並使表面良好。 或者當機械人安裝在**軌道上，沿框架的同一方向移動，但框架與導軌沒有完全同步時，它們之間存在速度差，但機械人不會受到這些干擾的影響，仍然可以很好地保持接觸力並刷到指定區域。
同樣的思路可以擴充套件到更複雜的方案例如，當自適應機械人安裝在移動底座或**上時，它們可以比傳統的工業機械人更好地處理不確定性。
全方位合規
全方位順應是指自適應機械人的順應性不侷限於軸向或徑向，它可以控制笛卡爾空間中各個方向的力。
乙個磨削專案通常擁有多台磨床，交替安裝在機械人法蘭上的所有磨床效率更高，因為這樣可以節省工時。 在傳統的工業機械人的情況下，每個工廠都可能需要安裝乙個合規的裝置，這將增加成本、專案複雜性和後續維護困難。
使用具有全方位力柔度的自適應機械人，使用者可以：在您想要的任何 TCP 框架中定義強制控制，並且可以切換 TCP 框架。 例如，我們首先在左磨機中設定力控制，然後將力控制功能切換到右磨機，這對機械人的影響不大。
在實踐中，當您想在銑床和拋光表面之間增加接觸角時，真正需要關注的是表面法向力，而不是實際力。 因此，如果在程式設計中使用軸向力，則每次修改接觸角時都需要再次更改軸向力值，非常不方便。
在自適應機械人的情況下，可以直接設定作用在表面上的法向力，並且絲毫不受接觸角的影響。 事實上，無論是在平面還是曲面上，操作員還可以在不改變任何力控制設定的情況下沿磨削路徑設定不同的接觸角。
基於這種全方位的合規性，我們為自適應機械人開發了幾個巧妙的功能，例如機械人可以在不事先了解工件的情況下進行表面跟蹤。
當我們給機械人乙個初始速度並讓它上公升時，我們可以看到機械人會自動轉彎，同時保持與該表面的接觸。 並且在整個過程中，機械人的TCP不旋轉，只有受力的方向自動旋轉。 此外，即使在碰到尖角時，它也能快速轉動，這證明了表面跟隨功能的靈敏度，這是在客戶現場部署時的一項功能這將大大減少軌跡調整所需的時間。
另乙個有趣而聰明的功能稱為：表面粘接。 在測試中，我們程式設計機械人以流線型模式來回執行，不給機械人任何關於表面的資訊（即在這種情況下是透明塑料工件），但機械人可以自動轉動銑床的方向，使其與表面完全接觸。 這是通過調整TCP上的力和力矩來實現的。
在轉動表面時，機械人也會適應姿態的變化，但機械人始終可以調整其方向，適應新的姿態;無論工件表面朝哪個方向轉動，機械人總是快速適應，甚至可以將其抬起，或者給它一點干擾，以證明它沒有做位置控制。
如下圖所示，夾具的直徑約為120mm，這是我們能適應的最小曲率。 對於這個曲率，設定時需要給出兩條線（在第二個**中夾具的頂部），用兩條紅線表示，形成乙個三角形。 我們將這個三角形傳遞給機械人，機械人將完成剩下的工作，它將遵循實際的曲線。
有趣此功能不受工廠的限制無論磨機是什麼形狀，事實上，即使是單點接觸仍然可以使用此功能。
全方位合規另乙個典型的應用場景是使用單機研磨裝置。 例如，機械人可以握住工件並在磨機上磨削，並且相對於機械人的力的方向不斷變化。 使用自適應機械人，可以將獨立銑床設定為外部TCP，並且可以定義與銑床相比的力的方向，這樣無論機械人如何轉動，它都會沿同一方向行駛。 這意味著使用者不再需要定製獨立的研磨裝置，可以直接使用市場上的任何標準產品，機械人可以適應。
另乙個易於使用的功能是：對非日落機械人進行程式設計時，無需一直以JOG模式操作機械人。 機械人可以拖拽到乙個點，航點可以通過人工示教直接記錄下來。
減振
減振是扭矩控制機械臂的固有特徵。
下圖顯示了自適應機械人振動測試的效能。 測試是通過在機械人末端安裝乙個 5 英吋的磨床並命令機械人靠在表面上，然後觀察機械人每個關節的振動資料來完成的。 測量振動的方法是使用力矩導數，我們在每個關節上測量的力矩導數表示它的振動量，七個圖形代表七個關節的振動。
圖中的藍線是機械人處於位置控制狀態時的振動訊號，橙色線是機械人在扭矩控制模式下的振動訊號。 資料來自同乙個機械人，但控制模式不同。 正如你所看到的，使用扭矩控制可將振動減少 25% 至 50%這意味著機械人可以在惡劣的環境中工作更長時間。
自適應機械人的力控磨削示例
在汽車底盤焊點磨削應用磨削引起的振動非常強烈，即使用兩隻手也很難穩定地握住磨床，而且操作空間小，因此很難直線磨削。 手動完成單個焊點大約需要 20 秒。
自適應機械人與磨削工件接觸時幾乎不變，磨削引起的振動被處理掉。 機械人應用於焊接點約 4n恒力 /通過流線型磨削，可以在不到三秒的時間內完成焊接點。 右圖顯示了機械人打磨的最終結果，比左邊的手動打磨要乾淨得多。 我們在客戶的工廠部署了幾個這樣的工位，每天工作 20 小時，磨削 700 多輛汽車。
汽車行業的另乙個例子是：磨削門框周圍的焊接飛濺物。 左邊的圖片是剛剛焊接的框架，看起來很髒。 對於這個軌跡，我們不需要指定門框的所有細節，我們只需要程式設計 7 到 8 個航點來粗略描述門框的形狀。 由於自適應機械人具有較大的浮動範圍，因此可以自動處理這些小細節。
隨著時間的流逝，這種刷輪的直徑會縮小約10-20mm，但這不是問題，因為機械人會自動補償工具損失。 因此，使用飛熙的自適應機械人，每個刷輪可以保質保量地打磨4000多輛汽車。
結他側板在塗裝前需要進行精細打磨。 結他的側面有複雜的曲面，如果您使用手持研磨機的機械人，則很難程式設計。 使用自適應機械人，您可以在帶式軋機上設定外部TCP，然後將機械人拖動一整圈，從而更易於程式設計。
同時，操作員還可以設定相對於帶式磨機的力控制。 與手持式砂帶磨床相比，該砂帶磨床的磨削效率要高得多，因此總迴圈時間僅為 10 秒。 我們沒有在測試螢幕中完成整個星期，因為我們使用的砂光機的半徑有點太大了，而且不適合最後乙個角落，但我們本可以在那裡打磨。
矽膠耳塞夾緊線移除應用它展示了自適應機械人的微力處理能力。 從圖中可以看出，耳塞的夾緊線非常小，很難看到，但如果不取下它，產品看起來會很便宜。 因此，該應用的目標是在不影響矽膠表面光滑度的情況下去除這些夾緊線。
同時，矽膠耳塞非常柔軟，每次放入夾子時，它的位置都會發生一些變化，所以你不能使用位置控制，你必須使用力控制來應對這種情況。
機械人在此應用中可以使用的力僅為 05n，否則會損壞表面。 我們的自適應機械人不僅可以控制很小的力，還可以旋轉力的方向，使力始終垂直於表面。 最終結果可以在右圖中看到——夾緊線消失了，耳塞的表面仍然非常光滑。
此外，還有手機脫膠APP。 組裝手機時，乙個步驟是按下手機的螢幕玻璃。 一些膠水在按壓時可能會從縫隙中溢位，必須進行處理，否則膠水會留在那裡難看。
為了做到這一點，機械人必須以相當高的速度執行-每秒600公釐。 但同時，需要保持非常精確的力，以免損壞手機，也不會在玻璃上留下任何劃痕，因此有必要進行精確的力控制。
通過直接力控制（direct force control）、全方位合規（全方位合規）和減 振（Vibraton Reduction）是一種使用扭矩控制的機械人，可以在高速下進行精細、實時的力控制，從而靈活地處理各種表面的研磨和拋光任務。 因此，非太陽能自適應機械人作為力控機械人的代表，在表面處理應用中能夠具有優異的效能，並持續幫助不同領域的客戶解決自動化問題。