一、引言

　　激光噴丸可以用來(lái)增加零件的強(qiáng)度及消除應(yīng)力失能，主要用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉輪等洛续。通常噴丸要對(duì)整個(gè)物體的龍闊進(jìn)行，也有對(duì)整個(gè)面進(jìn)行噴丸饵臀。對(duì)單個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)葉片類(lèi)零件的噴丸相當(dāng)比較簡(jiǎn)單绞宿。但對(duì)整個(gè)葉輪的每個(gè)葉片都進(jìn)行噴丸時(shí)就比較難插涛，激光的發(fā)射角固定，而要對(duì)葉輪進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)和位移來(lái)確保激光能打在葉片表面理想位置鞋伸。為了對(duì)每個(gè)葉片的主要部位都能進(jìn)行噴丸處理叉弱，就要求對(duì)整體葉輪進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)。通常至少是對(duì)其進(jìn)行五軸五聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)艰欲，最好是六軸六連動(dòng)運(yùn)動(dòng)庐冤，這樣才能實(shí)現(xiàn)無(wú)遮擋的理想噴丸。為了滿(mǎn)足上面的噴丸要求破罐，沈陽(yáng)萊茵機(jī)器人有限公司開(kāi)發(fā)了兩臺(tái)五軸五聯(lián)動(dòng)機(jī)器人和一系列六自由度混合型機(jī)器人泡徙。我們采用了高檔，開(kāi)放式六軸多通道控制系統(tǒng)膜蠢。幾臺(tái)五軸五聯(lián)動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)已經(jīng)連續(xù)可靠運(yùn)行了三年堪藐，六自由度混合型機(jī)器人運(yùn)行也非常平穩(wěn)，可靠挑围。本文簡(jiǎn)單介紹五軸連動(dòng)機(jī)器人和六軸連動(dòng)機(jī)器人礁竞。

　　二、五軸連動(dòng)機(jī)器人

　　根據(jù)用戶(hù)對(duì)機(jī)器人強(qiáng)度高贪惹，負(fù)載大苏章，運(yùn)動(dòng)精度高等要求及人工裝卸零件的方便性和光路要求寂嘉，我們?cè)O(shè)計(jì)了兩款五軸連動(dòng)機(jī)器人奏瞬。它們的結(jié)構(gòu)原理上相同，主要由一個(gè)龍門(mén)式三軸直角坐標(biāo)機(jī)器人和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸組成泉孩。由于負(fù)載重硼端，直角坐標(biāo)機(jī)器人的Z軸采用了如圖2所示的雙Z軸滾珠絲桿同步驅(qū)動(dòng)。

　　直角坐標(biāo)機(jī)器人的三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)軸除了采用防塵防水的鋼帶防護(hù)寓搬，里面的全部零件都不怕水珍昨，能保證機(jī)器人長(zhǎng)期工作。圖3中的機(jī)器人是萊茵機(jī)電三年前交付給用戶(hù)盲妈，運(yùn)回維護(hù)保養(yǎng)的五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)器人问锋。

　　圖1是由一個(gè)典型的3D懸臂直角坐標(biāo)機(jī)器人和關(guān)節(jié)機(jī)器人的三個(gè)末端關(guān)節(jié)組成的混合型六自由度機(jī)器人。

　　圖2是要馬上發(fā)貨的五軸連動(dòng)機(jī)器人棠蹬。

　　圖3是無(wú)故障工作了三年描琉，回廠保養(yǎng)的五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)器人。

　　五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)器人的第四個(gè)軸是安裝在Z軸下端偷颜，以Z軸為軸心的轉(zhuǎn)動(dòng)軸穴厅，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)組成彰派。A軸帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸B以水平面為軸轉(zhuǎn)動(dòng)盹火。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)組成狠压。

　　三、五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)器人的控制系統(tǒng)及電箱

　　由于五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)器人的Z軸采用雙Z軸滾珠絲桿同步驅(qū)動(dòng)方式哗衫，共計(jì)采用了6臺(tái)伺服電機(jī)相品。我們采用了沈陽(yáng)萊茵機(jī)器人公司自己開(kāi)發(fā)的，基于ARM的嵌入式8軸連動(dòng)控制系統(tǒng)示婉。為了雙Z軸的嚴(yán)格同步征炼，在FPGA里面兩路伺服電機(jī)位置環(huán)控制信號(hào)由同一路控制信號(hào)控制。如圖4所示躬贡，該嵌入式8軸連動(dòng)控制系統(tǒng)帶CAN總線,RS485接口和以太網(wǎng)接口谆奥，支持Modbus通信協(xié)議》鞑＃可以鏈接常見(jiàn)的觸摸屏和工控機(jī)酸些。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)檐蚜。該控制系統(tǒng)是萊茵機(jī)器人十多年開(kāi)發(fā)積累的魄懂，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)闯第。該系統(tǒng)有是一個(gè)高度開(kāi)放的控制系統(tǒng)市栗，可以方便修改，增添功能咳短，及用戶(hù)自己二次開(kāi)發(fā)填帽。

　　四、工作過(guò)程

　　由于激光束的方向是不能改變的咙好，必須控制被噴丸的工件如此精確平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)蔗须，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命丑。為此采用示教方式工作玛耿，各個(gè)軸間可以同時(shí)聯(lián)動(dòng)和獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。激光系統(tǒng)可以放出一個(gè)幾乎沒(méi)有任何能量的激光點(diǎn)君订，我們稱(chēng)為參照激光點(diǎn)漱蔬。參照激光點(diǎn)的方位與噴丸的激光束完全一樣。示教時(shí)溪失，先手動(dòng)運(yùn)動(dòng)使參照激光點(diǎn)照到要被噴丸處理的軌跡上语诈，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(dòng)操作器在被噴丸零件邊上邊看看控制運(yùn)動(dòng)竖拢。但出于安全考慮该眨，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(lái)控制參照激光點(diǎn)在零件上的位置。系統(tǒng)自動(dòng)記錄下這些有效點(diǎn)對(duì)應(yīng)機(jī)器人各種軸的位置莫切，然后上位機(jī)離線自動(dòng)生產(chǎn)噴丸運(yùn)動(dòng)軌跡兢糯，自動(dòng)優(yōu)化各個(gè)軸在各個(gè)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)分量心唆，使運(yùn)動(dòng)過(guò)程平穩(wěn)高速】碧欤可以對(duì)噴丸軌跡進(jìn)行圖示怔揩，局部放大，優(yōu)化噴丸順序脯丝，刪減等操作商膊。

　　如果能得到被噴丸零件的3DCAD數(shù)據(jù)，給出噴丸信息后宠进，借助CAM軟件可以自動(dòng)生成運(yùn)動(dòng)軌跡晕拆。但通常出于保密等原因，通常是得不得對(duì)應(yīng)的3DCAD數(shù)據(jù)材蹬。

　　五实幕、六軸連動(dòng)機(jī)器人

　　對(duì)于復(fù)雜的整體葉輪等采用六軸聯(lián)動(dòng)機(jī)器人會(huì)更方便。圖4是混合型六軸聯(lián)動(dòng)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形式之一堤器，它由三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)軸昆庇，兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸和一個(gè)擺動(dòng)軸組成。其中三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)軸是典型的懸臂型直角坐標(biāo)機(jī)器人闸溃，也可以是圖2中所以的龍門(mén)式三維直角坐標(biāo)機(jī)器人整吆。在上下運(yùn)動(dòng)的Z軸下端帶動(dòng)一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，旋轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)一個(gè)擺動(dòng)軸啥诈，擺動(dòng)軸末端再帶動(dòng)一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸绎揭。最末端的旋轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)手爪。由于兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸和一個(gè)擺動(dòng)軸其實(shí)就是關(guān)節(jié)機(jī)器人的末端三個(gè)運(yùn)動(dòng)軸居删，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(dòng)軸組合而成稻悟。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要尸褪，混合型機(jī)器人的直線運(yùn)動(dòng)軸也可以是二維的XY軸結(jié)構(gòu)或XZ軸結(jié)構(gòu)榄兑，也可以是龍門(mén)式結(jié)構(gòu)。其各個(gè)直線運(yùn)動(dòng)軸的行程及承載能力可以按要求去做线区。而兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸和一個(gè)擺動(dòng)軸組成也可以按需要僅選擇一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸马窘，如從生產(chǎn)線把箱體碼垛到托盤(pán)上，也可以是一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸和一個(gè)擺動(dòng)軸及其他組合铜殉。

　　圖4：混合型六軸聯(lián)動(dòng)機(jī)器人示意圖

　　六寡专、六軸聯(lián)動(dòng)機(jī)器人的控制系統(tǒng)

　　六軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)是一個(gè)高度開(kāi)放，功能強(qiáng)大的數(shù)控系統(tǒng)郊察。其控制軸數(shù)最多可以達(dá)64軸茧伍，它可以是單通道數(shù)控系統(tǒng)，也可以設(shè)置為多通道數(shù)控系統(tǒng)酷窥⊙拾玻可以以脈沖方式伴网，總線通信方式和模擬量方式控制運(yùn)動(dòng)軸和主軸，強(qiáng)大開(kāi)放的PLC功能可以按用戶(hù)要求來(lái)配置妆棒。其軟件功能非常豐富澡腾，包含有幾乎任何常見(jiàn)的G代碼和M功能。操作界面人性化及按用戶(hù)要求來(lái)定制糕珊。系統(tǒng)插補(bǔ)周期短动分，可視化PID調(diào)節(jié)功能高效簡(jiǎn)單。而且還可以擴(kuò)展增加電子凸輪來(lái)實(shí)現(xiàn)活塞車(chē)等功能特種車(chē)銑功能红选。

　　主要功能：

　　1）測(cè)量功能

　　五軸機(jī)床含兩個(gè)擺動(dòng)/旋轉(zhuǎn)軸澜公，兩個(gè)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)中心點(diǎn)坐標(biāo)及與三個(gè)直線軸間的夾角統(tǒng)必須精確獲取。通過(guò)測(cè)量自動(dòng)計(jì)算出這些數(shù)據(jù)喇肋。

　　2）刀具中心點(diǎn)控制功能（RCTP）

　　五軸加工中心所用的程序由CAD/CAM軟件產(chǎn)生玛瘸，大多數(shù)系統(tǒng)的程序是基于刀具中心點(diǎn)編寫(xiě)的程序。但當(dāng)換刀時(shí)中心點(diǎn)位置變了苟蹈，就要重新生成程序糊渊，非常不方便。而基于刀尖中心點(diǎn)編程垫暑，即物體表面3D位置（X,Y,Z）和該點(diǎn)的刀尖方向（A,B）的編程就僅與被加工的物體幾何尺寸有關(guān)舆骚，而與刀具長(zhǎng)度和機(jī)床結(jié)構(gòu)沒(méi)有關(guān)系。RCTP功能就是把基于物體表面3D位置（X,Y,Z）和該點(diǎn)的刀尖方向（A,B）的程序自動(dòng)分解成各個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)蔚分。

　　3）該系統(tǒng)可以適合工作臺(tái)上帶有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸悉歼，或加工刀具上(主軸)帶兩個(gè)擺動(dòng)軸，或工作臺(tái)上帶有一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸碟舱，而加工刀具上(主軸)帶一個(gè)擺動(dòng)軸結(jié)構(gòu)形式的五軸機(jī)床洁操。4）3D刀具補(bǔ)償功能保證在加工過(guò)程中換刀時(shí)軟件自動(dòng)計(jì)算補(bǔ)償?shù)毒甙虢?jīng)變化帶來(lái)的軌跡位置變化。該功能避免了換不同半徑的刀具時(shí)要重新生成加工程序俗循。5）傾斜軸功能保證了機(jī)床的X,Y和Z軸間可以是任意角度蛋揖，而該功能自動(dòng)換算出編程時(shí)相互垂直的X,Y和Z軸。還可以克服X...工作臺(tái)上帶有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸诀汁，或加工刀具上(主軸)帶兩個(gè)擺動(dòng)軸溶孽，或工作臺(tái)上帶有一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，而加工刀具上(主軸)帶一個(gè)擺動(dòng)軸結(jié)構(gòu)形式的五軸機(jī)床探悲。

　　4）3D刀具補(bǔ)償功能保證在加工過(guò)程中換刀時(shí)軟件自動(dòng)計(jì)算補(bǔ)償?shù)毒甙虢?jīng)變化帶來(lái)的軌跡位置變化沽怪。該功能避免了換不同半徑的刀具時(shí)要重新生成加工程序。

　　5）傾斜軸功能保證了機(jī)床的X,Y和Z軸間可以是任意角度姿锭，而該功能自動(dòng)換算出編程時(shí)相互垂直的X,Y和Z軸塔鳍。還可以克服X,Y和Z空裝配誤差，起到軟件補(bǔ)償功能呻此。

　　6）該系統(tǒng)包含有多通道多軸控制系統(tǒng)轮纫，可以控制特殊復(fù)合機(jī)床懂傀，實(shí)現(xiàn)一次裝夾多工序全自動(dòng)加工。她能使特種復(fù)合加工中心及生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)高效高精密加工蜡感。

　　七蹬蚁、結(jié)論

　　這類(lèi)六軸聯(lián)動(dòng)混合型機(jī)器人本質(zhì)上是來(lái)自一些應(yīng)用需要，綜合了直角坐標(biāo)機(jī)器人的關(guān)節(jié)機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)郑兴，具有下面的主要優(yōu)點(diǎn)：

　　1犀斋、極大擴(kuò)展了工作空間，X軸的工作行程可以達(dá)到100米長(zhǎng)情连，Y軸可以達(dá)到10米叽粹。

　　2、承載能力更強(qiáng)却舀，特殊結(jié)構(gòu)可達(dá)2400Kg盼饼。

　　3、工作精度更高了灾，直角坐標(biāo)機(jī)器人部分可以采用精密滾珠絲杠傳動(dòng)豺啦，重復(fù)定位精度可達(dá)0.01mm，甚至更高胖直。

　　4肛劈、結(jié)構(gòu)形式多樣性，直接坐標(biāo)機(jī)器人可以按需要選擇龍門(mén)式腋民、懸臂式遗时、壁掛式等。同時(shí)可以增減旋轉(zhuǎn)軸和翻轉(zhuǎn)軸项起，構(gòu)成五到八自由度機(jī)器人皆墅。

　　5、能替代關(guān)節(jié)機(jī)器人廊珊，完成打磨倒角灵您，焊接，上下料額碼垛搬運(yùn)等任務(wù)袍镀。

　　6默蚌、成本低，控制簡(jiǎn)單苇羡，易于維護(hù)。

　　上面是其主要的優(yōu)點(diǎn)鼻弧，在打磨倒角设江，機(jī)床上下料，大型零件焊接攘轩，碼垛搬運(yùn)等工作中有關(guān)節(jié)機(jī)器人無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)叉存÷肓可以在幾乎所有的應(yīng)用中取代關(guān)節(jié)機(jī)器人。

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