彻底改变机器人打磨和抛光：力传感材料研磨技术实现高精度

如果没有力传感技术，抛光和打磨应用就无法开发。 （图片来源：Flexiv）

由于需要能够有效取代昂贵的体力劳动的创新、高效和精确的技术，制造业格局正在经历一场变革。本文探讨了 Flexiv 材料磨损技术的进步，特别关注打磨和抛光应用以及力控制技术的实用性。

看不见的英雄：精确耐用的力传感器

力传感器是实现自动化材料磨损过程的标志性功能之一。它们通常集成到传统协作机器人的臂端打磨工具中，使机器人能够感知与其交互的表面，并相应地调整其对工件的影响力。

自适应机器人使用相同的基本技术，但它们不只使用手臂末端力传感器，而是使用嵌入在自适应机器人七个自由度中的精确扭矩传感器，以及手臂末端的力传感器。这种配置可以处理来自多个输入的力数据，从而更详细、细致地了解臂端工具如何与工件相互作用。

这要归功于专有位移传感技术的发展，该技术为自适应机器人操作员提供了两个基本优势：

• 稳定性和准确性：抗热漂移可提高精度。

• 耐用性：传感器专为适应数百万次过载循环而设计，已做好行业准备。

与传统应变片传感器相比，这些关键特性确保了可靠的性能，即使面临传统应变片难以适应的热收缩和膨胀波动。

如果没有力传感技术，抛光和打磨应用就无法开发。知道向物体施加多大的力至关重要，适应凹凸表面的变化也很重要。

释放灵活性：七关节设计

通过直接力控制，无需在机器人法兰和砂光机/研磨机之间安装额外的被动或主动柔顺装置。这使得整个打磨解决方案更轻、更可靠、更紧凑且更具成本效益。 （图片来源：Flexiv）

机器人必须像人类一样灵活、适应性强，才能有效替代体力劳动。人类手臂具有七个关节点，堪称进化奇迹，这就是自适应机器人通常具有七个自由度 (DOF) 的原因。与传统协作机器人的六个自由度相比，这种额外的运动维度在复杂的操作环境中提供了增强的灵活性和可操作性。

每个关节都配有自己的扭矩传感器，机器人可以对每个自由度进行精确控制，从而提高其操作的整体准确性。这种精度至关重要，尤其是在打磨等应用中。

通过优化关节配置还可以进一步提高力控性能。借助额外的自由度，机器人可以使用最高效的“关节”配置来实现最佳的力控制响应和精度。

为了说明清晰度和敏感性的重要性，想象一下手工打磨一块木头；手腕、肘部和肩膀的协调运动以及触觉反馈是打磨过程的基础。如果您试图戴着厚手套或肘部固定不动地进行打磨，那么这项任务将变得非常困难且耗时。

全方位的合规性也至关重要，特别是对于带式砂光机等机器人将工件固定在其上的设备。为了保持工件和砂带磨光机之间的持续接触，机器人必须在研磨过程中不断改变其力的方向。 （图片来源：Flexiv）

从本质上讲，通过将第七个自由度纳入材料磨损任务，该过程不仅变得更容易符合，而且在运动学上也变得更加高效，并且精度更高。

通过直接力控制彻底提高精度

材料磨损过程的核心是实施直接力控制。这种方法立即将力命令转换为关节扭矩命令，从而对力变化产生更快的响应时间。该方法取代了协作机器人常用的间接力控制，将力转换为关节速度命令，然后转换为关节扭矩或电流命令。

通过跳过这些中间步骤，自适应机器人可以显着降低力方向上的刚度，从而大大提高力控制精度。这种改进对于精细打磨和抛光任务至关重要，在这些任务中，保持细致的力控制对于实现卓越的表面光洁度至关重要。

通过直接力控制，无需在机器人法兰和砂光机/研磨机之间安装额外的被动或主动柔顺装置。这使得整个打磨解决方案更轻、更可靠、更紧凑且更具成本效益。

全方位合规的优势

全向顺从性使自适应机器人能够控制笛卡尔空间内各个方向的力。这代表了对只能管理轴向或径向力的传统解决方案的增强。

传统的机器人解决方案由于依赖于合规设备，因此在这方面受到限制。它们固有的设计限制限制它们只能沿着或围绕特定轴产生线性或旋转运动。尽管这种传统技术仍然可以用于基本的磨料任务，但在实际制造中通常需要多方向力控制。

全向顺应性对于需要在多个方向同时进行力控制的复杂材料磨损任务至关重要。如果我们想象机器人打磨具有复杂曲线和不平坦表面的物体，则必须不仅仅是轴向或径向力控制。复杂的形状需要灵活地控制三维笛卡尔空间中各个方向的力。

配备这种全向顺应性的机器人可以在任何工具中心点（TCP）框架中精确定义力适应性。此功能允许动态调整相对于机器人末端执行器所施加的力，从而增强复杂任务的多功能性。

减振对于材料磨损任务至关重要。过度振动会损坏工件并显着缩短机械系统的使用寿命，特别是在磨削等高振动应用中。 （图片来源：Flexiv）

全方位的合规性也至关重要，特别是对于带式砂光机等机器人将工件固定在其上的设备。为了保持工件和砂带磨光机之间的持续接触，机器人必须在研磨过程中不断改变其力的方向。为了实现这一点，可以针对砂光机设置外部 TCP，即使机器人的姿态在操作过程中发生变化，也能实现一致的合规方向。

全方位合规性是一种强大的工具，可以扩大机器人可以承担的材料磨损任务的范围。先进的力控制与全向合规性的集成不仅增强了灵活性，还简化了校准和微调过程，减少了部署和微调过程中的时间和精力。

接触角和轮廓跟随

可编程接触角让操作员可以直接定义施加在表面上的平均力，这是对接触角影响力的传统方法的改进。这对工业研磨任务具有重要意义，使操作员能够沿研磨路径改变接触角，而无需改变力控制设置，从而保持压力一致。

轮廓跟随是利用全向顺应性的另一项进步，与传统系统形成鲜明对比，传统系统难以针对不规则形状保持恒定的力。轮廓跟踪允许实时自动调整力的方向，确保一致的作用力，无论表面轮廓或机器人运动如何。

这些双重功能提高了材料磨损任务的输出质量，并减少了轨迹调整所需的时间。简而言之，接触角和轮廓跟踪可以将部署时间从几小时缩短到几分钟。这简化了部署过程并最大限度地减少了不断调整的需要，从而使工件能够比以前更快地完成并达到更高的标准。

通过减少振动增强耐用性

减振对于材料磨损任务至关重要。过度振动会损坏工件并显着缩短机械系统的使用寿命，尤其是在磨削等高振动应用中。

Flexiv 通过关节扭矩控制将振动减少约 25-50%，从而解决了这个问题。这不仅延长了机器人所用设备的使用寿命，还通过消除材料去除过程中振动可能引起的表面“漩涡和涡流”来提高整体工件质量。

未来展望

机器人领域正在迅速发展，自适应机器人技术的最新发展使得突破性的解决方案得以创建，而传统的协作机器人技术根本不可能实现。

机器人材料磨损仍然面临着巨大的挑战；然而，直接力控制、全方位柔顺和减振使有效的解决方案变得可行和实用。

能够比以前更精确地进行感知，开辟了一系列新的自动化可能性。当我们将其与 NOEMA 人工智能系统等平台结合起来时，自动化流程几乎没有任何限制。

材料磨损自动化随着硬件和智能软件解决方案的进步而不断发展，标志着几年前还常见的传统劳动密集型方法和执行方法的转变。

展望未来，自动化材料磨损可能会像自动化螺钉紧固或拾放应用一样普遍。

本文由 Flexiv Robotics（加利福尼亚州圣克拉拉）机器人工程经理 Ran Xu 撰写。如需了解更多信息，请访问此处。