Революция в роботизированном шлифовании и полировке: технология абразивной обработки с силовым сенсированием для точности

Без технологии сенсирования силы приложения для шлифовки и полировки не могут быть разработаны. (Изображение: Flexiv)

Производственный ландшафт претерпевает трансформацию, движимая потребностью в инновационных, эффективных и точных технологиях, способных заменить дорогой ручной труд. Статья рассматривает достижения технологии абразивной обработки материалов Flexiv, в частности приложения шлифования и полировки и полезность технологии управления силой.

Невидимый герой: точные и долговечные силовые сенсоры

Одна из отличительных особенностей, расшатывающих автоматизированный процесс абразивной обработки — силовые сенсоры. Обычно интегрированные в концевые инструменты шлифовки на традиционных коллаборативных роботах, они дают роботу способность чувствовать поверхность, с которой он взаимодействует, и регулировать силу воздействия на заготовку соответственно.

Адаптивные роботы используют ту же базовую технологию, но вместо только концевого силового сенсора они используют точные датчики крутящего момента, встроенные в каждую из семи степеней свободы адаптивного робота, вместе с силовым сенсором на конце манипулятора. Эта конфигурация позволяет обрабатывать данные силы от множественных входов, предлагая более детальное и нюансное понимание того, как концевой инструмент взаимодействует с заготовкой.

Это возможно только благодаря разработке проприетарной технологии измерения смещения, предоставляющей операторам адаптивных роботов два ключевых преимущества:

• Стабильность и точность: устойчивость к тепловому дрейфу обеспечивает улучшенную точность.

• Долговечность: рассчитанные на миллионы циклов перегрузки, сенсоры готовы к промышленному использованию.

По сравнению с традиционными тензометрическими преобразователями, эти критические характеристики обеспечивают надежную производительность даже при тепловых сжатиях и расширениях, с которыми традиционные датчики справляются с трудом.

Без технологии сенсирования силы приложения для шлифовки и полировки не могут быть разработаны. Знание того, какую силу прикладывать к объекту, критично, как и приспособление к вогнутым и выпуклым вариациям поверхности.

Раскрытая гибкость: семисочленчатый дизайн

С прямым управлением силой нет необходимости устанавливать дополнительные пассивные или активные устройства компенсации между фланцем робота и шлифовальными/шлифовальными станками. Это делает все решение для шлифовки легче, надежнее, компактнее и экономичнее. (Изображение: Flexiv)

Роботы должны быть такими же гибкими и адаптивными, как люди, чтобы эффективно заменять ручной труд. Человеческая рука — эволюционное чудо с семью точками аркуляции, поэтому адаптивные роботы обычно включают семь степеней свободы (DOF). По сравнению с шестью DOF традиционного коллаборативного робота, это дополнительное измерение движения обеспечивает улучшенную гибкость и маневренность в сложных операционных средах.

С каждым суставом, имеющим свой датчик крутящего момента, робот получает точное управление каждой DOF, повышая общую точность операций. Эта точность жизненно важна, особенно в приложениях, таких как шлифовка.

Производительность управления силой может быть еще улучшена через оптимизацию конфигураций суставов. С помощью дополнительной DOF робот может использовать наиболее эффективную «суставную» конфигурацию для достижения лучшего возможного ответа и точности управления силой.

Для иллюстрации важности аркуляции и чувствительности представьте ручное шлифование дерева; координированные движения запястья, локтя и плеча в сочетании с тактильной обратной связью фундаментальны для процесса шлифовки. Если бы вы пытались шлифовать в толстых перчатках или с иммобилизированным локтем, задача стала бы невероятно сложной и затратной по времени.

Омнинаправленная компенсация также критична, особенно с оборудованием вроде ленточных шлифовальных станков, где робот держит заготовку к нему. Для поддержания непрерывного контакта между заготовкой и ленточным шлифовальным станком робот должен постоянно менять направление силы во время абразивного процесса. (Изображение: Flexiv)

По сути, включение седьмой степени свободы в задачи абразивной обработки делает процесс не только легче для соответствия, но и кинематически более эффективным, с повышенным уровнем точности.

Революция в точности с прямым управлением силой

Центральным для процесса абразивной обработки является внедрение прямого управления силой. Этот метод мгновенно преобразует команды силы в команды крутящего момента суставов, давая значительно более быстрые времена отклика на изменения силы. Этот метод заменяет непрямое управление силой, часто используемое коллаборативными роботами, где сила преобразуется в команды скорости суставов, а затем в команды крутящего момента или тока.

Пропуская эти промежуточные шаги, адаптивный робот может значительно снизить жесткость в направлении силы, тем самым значительно повышая точность управления силой. Это улучшение ключево для тонких задач шлифовки и полировки, где поддержание меткулярного управления силой императивно для достижения превосходного чистового покрытия.

С прямым управлением силой нет необходимости устанавливать дополнительные пассивные или активные устройства компенсации между фланцем робота и шлифовальными/шлифовальными станками. Это делает все решение для шлифовки легче, надежнее, компактнее и экономичнее.

Преимущество омнинаправленной компенсации

Омнинаправленная компенсация оснащает адаптивных роботов способностью управлять силами во всех направлениях в декартовом пространстве. Это представляет улучшение по сравнению с традиционными решениями, которые могли управлять силой только в осевых или радиальных направлениях.

Традиционные роботизированные решения ограничены в этом аспекте из-за зависимости от устройств компенсации. Их врожденные дизайнерские ограничения ограничивают их производством линейных или вращательных движений вдоль или вокруг определенных осей. Хотя эта традиционная технология все еще может использоваться для базовых абразивных задач, многодirectionalное управление силой часто необходимо в реальном производстве.

Омнинаправленная компенсация жизненно важна для сложных задач абразивной обработки, требующих одновременного управления силой в нескольких направлениях. Если представить робота, шлифующего объект с сложными кривыми и неровными поверхностями, должно быть больше, чем просто осевое или радиальное управление силой. Сложные формы требуют ловкости в управлении силой во всех направлениях трехмерного декартового пространства.

Роботы, оснащенные этой омнинаправленной компенсацией, могут точно определять адаптивность силы в любой системе координат Tool Center Point (TCP). Эта способность позволяет динамически регулировать прикладываемую силу относительно концевого эффектора робота, повышая универсальность в сложных задачах.

Снижение вибраций критично для задач абразивной обработки. Избыточные вибрации могут повредить заготовки и значительно сократить оперативный срок службы механических систем, особенно в высоковибрационных приложениях вроде шлифовки. (Изображение: Flexiv)

Омнинаправленная компенсация также критична, особенно с оборудованием вроде ленточных шлифовальных станков, где робот держит заготовку к нему. Для поддержания непрерывного контакта между заготовкой и ленточным шлифовальным станком робот должен постоянно менять направление силы во время абразивного процесса. Для достижения этого можно установить внешний TCP относительно шлифовального станка, что приводит к согласованному направлению компенсации даже при изменении позы робота во время операции.

Омнинаправленная компенсация — мощный инструмент, расширяющий спектр задач абразивной обработки, которые может выполнить робот. Интеграция продвинутого управления силой с омнинаправленной компенсацией не только улучшает гибкость, но и упрощает процесс калибровки и тонкой настройки, сокращая время и усилия при развертывании и донастройке.

Угол контакта и следование по контуру

Программируемые углы контакта позволяют операторам определять среднюю силу, прикладываемую к поверхности, напрямую — улучшение по сравнению с конвенциональными методами, где угол контакта влияет на силу. Это имеет значительные последствия для промышленных задач шлифовки, позволяя операторам варьировать углы контакта вдоль пути шлифовки без изменения настроек управления силой, тем самым поддерживая постоянное давление.

Следование по контуру, другое достижение, использующее омнинаправленную компенсацию, контрастирует с традиционными системами, борющимися с поддержанием постоянной силы против неправильных форм. Отслеживание контура позволяет автоматические корректировки направления силы в реальном времени, обеспечивая постоянное воздействие независимо от контуров поверхности или движений робота.

Эти двойные функции повышают качество выхода задачи абразивной обработки и сокращают время, необходимое для настройки траектории. Просто скажем, угол контакта и следование по контуру могут сократить время развертывания с часов до минут. Это облегчает процесс развертывания и минимизирует необходимость постоянных корректировок, позволяя завершать заготовки быстрее и на более высоком стандарте, чем ранее возможно.

Повышенная долговечность за счет снижения вибраций

Снижение вибраций критично для задач абразивной обработки. Избыточные вибрации могут повредить заготовки и значительно сократить оперативный срок службы механических систем, особенно в высоковибрационных приложениях вроде шлифовки.

Flexiv решает эту проблему, снижая вибрации примерно на 25–50 процентов через управление крутящим моментом суставов. Это не только продлевает оперативный срок службы оборудования, используемого роботом, но и улучшает общее качество заготовки, устраняя «вихры и круговороты» на поверхностях, которые вибрация может вызывать в процессе удаления материала.

Будущие перспективы

Область робототехники быстро развивается, и недавние достижения в адаптивной робототехнике позволили создать прорывные решения, которые были просто невозможны с традиционной коллаборативной роботизированной технологией.

Роботизированная абразивная обработка все еще представляет серьезные вызовы; однако прямое управление силой, омнинаправленная компенсация и снижение вибраций делают эффективные решения реализуемыми и практичными.

Способность чувствовать с большей точностью, чем ранее возможно, открывает новый диапазон возможностей автоматизации. Когда мы соединяем это с платформами вроде системы искусственного интеллекта NOEMA, практически нет пределов для процессов, которые могут быть автоматизированы.

Автоматизация абразивной обработки эволюционирует в тандеме с достижениями в аппаратном и интеллектуальном программном обеспечении, отмечая сдвиг от традиционных трудоемких подходов и методов исполнения, которые были распространены всего несколько лет назад.

Глядя в будущее, автоматизированная абразивная обработка может стать таким же обыденной, как автоматизированная закрепка винтов или pick-and-place приложения.

Статью написал Рань Сю, менеджер по инженерии робототехники, Flexiv Robotics (Санта-Клара, КА). Для получения дополнительной информации посетите сайт.