一种混联自动抛光机器人控制系统的设计
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Ab s t r a c t :F r e e - f o r m s u r f a c e po l i s hi n g o f me t a l i s s t i l l s t uc k a t t h e ma n ua l o p e r a t i o n s t a g e wi t h l o w
现 抛 光力 和位 置 的综 合控 制 ,高 效 完 成 类 似 回转 体 、 自由曲 面 等金 属 表 面 的抛 光 打 磨 .
收 稿 日期 :2 0 1 6 — 1 2 — 1 4
基 金 项 目 :广 东省 普 通 高校 青 年创 新人 才项 目 ( 2 0 1 5 KQNC X1 6 9) 作 者 简 介 :江励 ( 1 9 8 4 一 ) ,男 ,湖 北黄 石 人 ,讲 师 ,博 士 ,主要 从 事 智 能机 器人 系统 的 研 究
此 来 适 应 工 件 的 表 面形 状 ; 同时 ,可通 过控 制 气 缸 气 压来 实 现 对 打磨 力 的调 控 .
X滑 台 Y滑 台
工
图 1 混联 抛光 机 器 人 系 统模 型
图 2 抛 光 机器 人 主 体 模 型
2 混联 抛 光 机 器 人 控 制 系统 的设 计
文章 编 号 :1 0 0 6 . 7 3 0 2( 2 0 1 7 )0 2 . 0 0 5 8 . 0 4
一
种 混 联 自动 抛 光 机 器 人 控 制 系统 的 设 计
江 励 。杜 天 才 ,徐 文 杰 。林 少 佳 ,陈 竞 维
( 五 邑大 学 机 电 工 程 学 院 ,广 东 江门 5 2 9 0 2 0)
De s i g n o f a Co n t r o l S ys t e m f o r Hy br i d Po l i s h i ng Ro bo t s
J I ANG L i , D U T i a n — c a i , XU W e n - j i e , L I N S h a o - j i a , C HE N J i n g - we i ( S c h o o l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g , Wu y i Un i v e r s i t y , J i a n g me n 5 2 9 0 2 0 , C h i n a )
摘 要 :针 对 当 前 自 由 曲 面金 属 的 表 面 抛 光 还 停 留 在 人 工 操 作 、 加 工 效 率 低 、 质 量 不 稳 定 的 现 状 ,设 计 出 一 款 具 有 抛 光 力 自适 应 的 混 联 抛 光 机 器 人 系统 该机 器人 系统适 用 于平 面、弧 面 、
b a l a n c e a i r c y l i n d e r s t o a c h i e v e a u t o ma t i c p o l i s h i ng .
Ke y wo r d s :p o l i s h i n g r o b o t s ;p o l i s h i n g f o r c e s e l f -a d o p t i o n ;PLC s y s t e m
1 )砂 轮 启 动 , 自转 转 台启 动 , 滑 台和 Y滑 台分别 回 到 原 点位 置 ;
2)两个 力 平 衡气 缸 向前 推 ,力 平 衡 转 台 向前 移 动 直 到工 件 和 砂 轮 接触 ,开始 抛 光 工 作 ; 3)完成 抛 光 工 作后 ,主体 部 分 运 动 到下 料 工位 ,完 成 下 料 ;
p r o c e s s i n g e f f i c i e n c y a n d un s t a b l e q u a l i t y . A h y b r i d r o b o t wi t h a d a pt i v e p o l i s h i n g f o r c e i s d e s i g n e d t o
通 过力 和位 置 的混 合 控 制 进 行 打 磨抛 光 口 ] ,该 方法 能 够保 证 抛 光 质 量 ,但 设 备 价 格 昂 贵 ,难 以 在 薄 利 的 打磨 抛 光 行 业 大 规 模 应 用 .鉴 于此 ,本 文 设 计 研 发 一 种 低 成 本 打磨 抛 光 机 器 人 系统 ,该 系 统 采 用 3个 伺 服 电机 和 2个 力 平 衡气 缸 的混 合 驱 动 方 式 .其 中 ,伺 服 电机 负 责 控 制 工 件 的 位 置 ,力 平 衡 气 缸 负 责适 应 工 件 的形 状 并 保 证 抛 光 力 的恒 定 .通 过 这 种创 新 的 设计 方 案 ,希 望 机 器 人 系 统 能 够 实
机轴转一圈. 2 . 2 控 制 系统流 程设 计 混 联 抛光 机 器 人 的 自动 加工 过 程 共 有 4个 工 位 ,分 别是 回原 点 工 位 、抛 光 加 工 工位 、下 料 工 位
和 上 料 工位 .通 过 P L C控 制 系统 进 行 4个 工 位 的 节拍 协 调 ,完 成 自动 抛 光 任 务 ,其工 作 流程 如 下 :
FX 3 U- 64 M T- E S- A.
眦
控 制 器
伺 服 驱 动 器
2 . 1 基于 P L C的 伺 服 电机 控 制
一
~
U l 4 CoM - I
7 _ l 5 》 — 萍 一 } = : ;
!
般 来说 伺 服 电机 有 3种 控 制 方 式 :位 置模 式 、速 度
第3 1 卷
第2 期
江励等 : 一种混联 自动抛光机器人控制 系统的设计
5 9
1 混 联 抛 光 机 器 人 机 械 结 构 介 绍
混 联 抛 光 机 器人 系统 机 械 结 构 如 图 1所 示 .其 中 , 1为抛 光 砂 轮 ,它 通 过 三 项 异 步 电机 进 行 驱 动. 2为抛 光 机 器 人 的 主体 部 分 ,用 于 控 制 工件 的位 置 与 姿 态 ,并 调 整 抛 光 力 的大 小 .3为抛 光 机器 人 的工 作 平 台 ,用 于 固 定 抛光 机 器 人 系 统 的 主体 部 分 . 4为 调 整支 架 ,用 于 调 整 主 体部 分 和砂 轮 间 的
由于 本 机 器 人 系统 需 要 实 现 对 伺 服 电机 和 气 缸 的混 合 控 制 ,因此采 用 P L C作 为控 制 器 是 一 种 简单 而 又可 靠 的选 择 .考 虑 到需 要 控 制 的伺 服 电机 数 量 为 3 , 即需 要 P L C有 3 个 高 速 脉 冲输 出 端 口 ,本 文 选 择 P L C 的 型 号 为 三 菱
金属 表 面 打 磨 抛 光 是 广 东 省 制造 业 中 的 一 大 门类 .项 目申请 单 位 近 期 对 广 东 地 区金 属 制 品企 业 生 产 设 备 状 况 进行 调 研 ,结 果 显示 : 目前 ,对 于 自由 曲 面金 属 表 面 的 打 磨 抛光 主要 以人 工 为 主 ,由
相对位置.
主 体 部 分 2为 抛 光机 器 人 的核 心部 分 ,其 构 成 如 图 2所 示 :包含 X 滑 台 、 Y滑 台 、 自转转 台和 力 平 衡 转 台 四大 部 分 .X 滑 台和 Y滑 台各 由一 个 伺 服 电机 控 制 ,用 于保 证 被 抛 光 工 件 在 平 面 中 的位 置 .自转 转 台首 先 由ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 缸 驱 动 夹 紧 工 件 ,然 后通 过 伺 服 电机 驱 动 工 件 自转 ,用 于调 整 工 件 在 平 面 中 的姿 态 .力 平衡 转 台 主要 负 责 抛 光 力 的 自适应 控 制 ,它 由两 个 气 缸 、可 前 后 运 动 的滑 台及 可 绕 竖 直 轴 转 动 的转 台组 成 .开 始抛 光 任 务 时 ,气 缸 驱 动 滑 台和转 台进 行 前 后 运 动 以 及 绕旋 转 轴 的转 动 , 以
于对 人 体 的高 危 害 ,打 磨 抛 光 行 业 已 面 临 严 重 的 “ 用 工 荒 ” .有 两 种 办 法 可 以解 决 该 问题 :一 是 直
接 采 用通 用 六 自由度 工业 机 器 人 ,通 过 位 置 层 面 的控 制 进 行 打 磨 抛 光 ….但 这 种 方 法 往 往 会 因 为零 件 尺 寸误 差 导 致 抛 光质 量 难 以保 证 ,出现 大 量 抛 光 废 品 .另 一种 是 采 用六 自由度 机 器 人 加 力 传 感 器 ,
z 矗 n一 , 登 X , U  ̄ 一 / ’ 茹
碑
…’ ‘
通过 3 7引脚 的 s i g n信 号 控制 脉 冲 输 出方 向 、 4 1 引脚 的 p u l s e
信 号 控 制 脉 冲输 出频 率 .
图3 P L G位 置 伺 服控 制模 式 接 线 图
五 邑大学学报 (自然科学版 )
s o l v e t h i s pr o b l e m .Di f f e r e n t k i n d s o f s u r f a c e s u c h a s pl a n e s u r f a c e ,c a mb e r e d s H  ̄a c e a n d r e v o l v e d b o d i e s c a n b e po l i s h e d b y i t .A P LC s y s t e m i S us e d t o c o n t r o l t h r e e s e r v o mo t o r s a n d t wo f o r o e
警
7 5
模 式 和扭 矩 模 式 】 .本 系 统对 运动 速 度 和 力 矩 没有 要 求 , 故 只 需 采 用 位 置 模 式 进 行 控 制 .而 位 置 模 式 控 制 的 实 质 是 控 制 输 出 的脉 冲 当量 ,其 实 际 接 线 图如 图 3所 示 .其 中 ,P L C
2 0 1 7壬 E
本 系 统 所 用 的伺 服 电机 的 额定 转 速 为 3 0 0 0 r / mi n,当 电子 齿 轮 比为 l : 1 时, 驱动器每 1 6 0 0 0 0个 脉 冲 电机 轴转 一 圈.实 际上 , 考虑到 F X3 U型 P L C 的 高速 脉 冲 曰最 高 只 能 输 出 1 0 0 k Hz 频 率 的脉 冲 , 如 果 要 使 电机 达 到 3 0 0 0 r / m i n的额 定 速 度 ,电子 齿 轮 比应 设 为 8 0 : l ,此 时驱 动 器 每 输 出 2 0 0 0个 脉 冲 电
回转 体等 多种 金 属表 面的抛 光 打磨
通过P L C对 该抛 光 机 器人 系统 的3 个伺 服 电机 及 2 个 力平
衡 气缸 进 行 控 制 . 实 现 机 器人 的 自动 抛 光 功 能 .
关 键 词 :抛 光 机 器 人 ;抛 光 力 自适 应 ;P LC控 制 中 图分类 号 : T P 2 4 2 文 献 标 志 码 :A
第3 1 卷 第 2期 2 0 1 7年 5月
五 邑大 学学 报 (自然科学版 ) J O U RN AL O F wUYI UN I V E RS I T Y ( Na t u r a l S c i e n c e E d i t i o n)
v0 1 3 1 NO . 2 Ma y 2 01 7
现 抛 光力 和位 置 的综 合控 制 ,高 效 完 成 类 似 回转 体 、 自由曲 面 等金 属 表 面 的抛 光 打 磨 .
收 稿 日期 :2 0 1 6 — 1 2 — 1 4
基 金 项 目 :广 东省 普 通 高校 青 年创 新人 才项 目 ( 2 0 1 5 KQNC X1 6 9) 作 者 简 介 :江励 ( 1 9 8 4 一 ) ,男 ,湖 北黄 石 人 ,讲 师 ,博 士 ,主要 从 事 智 能机 器人 系统 的 研 究
此 来 适 应 工 件 的 表 面形 状 ; 同时 ,可通 过控 制 气 缸 气 压来 实 现 对 打磨 力 的调 控 .
X滑 台 Y滑 台
工
图 1 混联 抛光 机 器 人 系 统模 型
图 2 抛 光 机器 人 主 体 模 型
2 混联 抛 光 机 器 人 控 制 系统 的设 计
文章 编 号 :1 0 0 6 . 7 3 0 2( 2 0 1 7 )0 2 . 0 0 5 8 . 0 4
一
种 混 联 自动 抛 光 机 器 人 控 制 系统 的 设 计
江 励 。杜 天 才 ,徐 文 杰 。林 少 佳 ,陈 竞 维
( 五 邑大 学 机 电 工 程 学 院 ,广 东 江门 5 2 9 0 2 0)
De s i g n o f a Co n t r o l S ys t e m f o r Hy br i d Po l i s h i ng Ro bo t s
J I ANG L i , D U T i a n — c a i , XU W e n - j i e , L I N S h a o - j i a , C HE N J i n g - we i ( S c h o o l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g , Wu y i Un i v e r s i t y , J i a n g me n 5 2 9 0 2 0 , C h i n a )
摘 要 :针 对 当 前 自 由 曲 面金 属 的 表 面 抛 光 还 停 留 在 人 工 操 作 、 加 工 效 率 低 、 质 量 不 稳 定 的 现 状 ,设 计 出 一 款 具 有 抛 光 力 自适 应 的 混 联 抛 光 机 器 人 系统 该机 器人 系统适 用 于平 面、弧 面 、
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Ke y wo r d s :p o l i s h i n g r o b o t s ;p o l i s h i n g f o r c e s e l f -a d o p t i o n ;PLC s y s t e m
1 )砂 轮 启 动 , 自转 转 台启 动 , 滑 台和 Y滑 台分别 回 到 原 点位 置 ;
2)两个 力 平 衡气 缸 向前 推 ,力 平 衡 转 台 向前 移 动 直 到工 件 和 砂 轮 接触 ,开始 抛 光 工 作 ; 3)完成 抛 光 工 作后 ,主体 部 分 运 动 到下 料 工位 ,完 成 下 料 ;
p r o c e s s i n g e f f i c i e n c y a n d un s t a b l e q u a l i t y . A h y b r i d r o b o t wi t h a d a pt i v e p o l i s h i n g f o r c e i s d e s i g n e d t o
通 过力 和位 置 的混 合 控 制 进 行 打 磨抛 光 口 ] ,该 方法 能 够保 证 抛 光 质 量 ,但 设 备 价 格 昂 贵 ,难 以 在 薄 利 的 打磨 抛 光 行 业 大 规 模 应 用 .鉴 于此 ,本 文 设 计 研 发 一 种 低 成 本 打磨 抛 光 机 器 人 系统 ,该 系 统 采 用 3个 伺 服 电机 和 2个 力 平 衡气 缸 的混 合 驱 动 方 式 .其 中 ,伺 服 电机 负 责 控 制 工 件 的 位 置 ,力 平 衡 气 缸 负 责适 应 工 件 的形 状 并 保 证 抛 光 力 的恒 定 .通 过 这 种创 新 的 设计 方 案 ,希 望 机 器 人 系 统 能 够 实
机轴转一圈. 2 . 2 控 制 系统流 程设 计 混 联 抛光 机 器 人 的 自动 加工 过 程 共 有 4个 工 位 ,分 别是 回原 点 工 位 、抛 光 加 工 工位 、下 料 工 位
和 上 料 工位 .通 过 P L C控 制 系统 进 行 4个 工 位 的 节拍 协 调 ,完 成 自动 抛 光 任 务 ,其工 作 流程 如 下 :
FX 3 U- 64 M T- E S- A.
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控 制 器
伺 服 驱 动 器
2 . 1 基于 P L C的 伺 服 电机 控 制
一
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般 来说 伺 服 电机 有 3种 控 制 方 式 :位 置模 式 、速 度
第3 1 卷
第2 期
江励等 : 一种混联 自动抛光机器人控制 系统的设计
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1 混 联 抛 光 机 器 人 机 械 结 构 介 绍
混 联 抛 光 机 器人 系统 机 械 结 构 如 图 1所 示 .其 中 , 1为抛 光 砂 轮 ,它 通 过 三 项 异 步 电机 进 行 驱 动. 2为抛 光 机 器 人 的 主体 部 分 ,用 于 控 制 工件 的位 置 与 姿 态 ,并 调 整 抛 光 力 的大 小 .3为抛 光 机器 人 的工 作 平 台 ,用 于 固 定 抛光 机 器 人 系 统 的 主体 部 分 . 4为 调 整支 架 ,用 于 调 整 主 体部 分 和砂 轮 间 的
由于 本 机 器 人 系统 需 要 实 现 对 伺 服 电机 和 气 缸 的混 合 控 制 ,因此采 用 P L C作 为控 制 器 是 一 种 简单 而 又可 靠 的选 择 .考 虑 到需 要 控 制 的伺 服 电机 数 量 为 3 , 即需 要 P L C有 3 个 高 速 脉 冲输 出 端 口 ,本 文 选 择 P L C 的 型 号 为 三 菱
金属 表 面 打 磨 抛 光 是 广 东 省 制造 业 中 的 一 大 门类 .项 目申请 单 位 近 期 对 广 东 地 区金 属 制 品企 业 生 产 设 备 状 况 进行 调 研 ,结 果 显示 : 目前 ,对 于 自由 曲 面金 属 表 面 的 打 磨 抛光 主要 以人 工 为 主 ,由
相对位置.
主 体 部 分 2为 抛 光机 器 人 的核 心部 分 ,其 构 成 如 图 2所 示 :包含 X 滑 台 、 Y滑 台 、 自转转 台和 力 平 衡 转 台 四大 部 分 .X 滑 台和 Y滑 台各 由一 个 伺 服 电机 控 制 ,用 于保 证 被 抛 光 工 件 在 平 面 中 的位 置 .自转 转 台首 先 由ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 缸 驱 动 夹 紧 工 件 ,然 后通 过 伺 服 电机 驱 动 工 件 自转 ,用 于调 整 工 件 在 平 面 中 的姿 态 .力 平衡 转 台 主要 负 责 抛 光 力 的 自适应 控 制 ,它 由两 个 气 缸 、可 前 后 运 动 的滑 台及 可 绕 竖 直 轴 转 动 的转 台组 成 .开 始抛 光 任 务 时 ,气 缸 驱 动 滑 台和转 台进 行 前 后 运 动 以 及 绕旋 转 轴 的转 动 , 以
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接 采 用通 用 六 自由度 工业 机 器 人 ,通 过 位 置 层 面 的控 制 进 行 打 磨 抛 光 ….但 这 种 方 法 往 往 会 因 为零 件 尺 寸误 差 导 致 抛 光质 量 难 以保 证 ,出现 大 量 抛 光 废 品 .另 一种 是 采 用六 自由度 机 器 人 加 力 传 感 器 ,
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通过 3 7引脚 的 s i g n信 号 控制 脉 冲 输 出方 向 、 4 1 引脚 的 p u l s e
信 号 控 制 脉 冲输 出频 率 .
图3 P L G位 置 伺 服控 制模 式 接 线 图
五 邑大学学报 (自然科学版 )
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模 式 和扭 矩 模 式 】 .本 系 统对 运动 速 度 和 力 矩 没有 要 求 , 故 只 需 采 用 位 置 模 式 进 行 控 制 .而 位 置 模 式 控 制 的 实 质 是 控 制 输 出 的脉 冲 当量 ,其 实 际 接 线 图如 图 3所 示 .其 中 ,P L C
2 0 1 7壬 E
本 系 统 所 用 的伺 服 电机 的 额定 转 速 为 3 0 0 0 r / mi n,当 电子 齿 轮 比为 l : 1 时, 驱动器每 1 6 0 0 0 0个 脉 冲 电机 轴转 一 圈.实 际上 , 考虑到 F X3 U型 P L C 的 高速 脉 冲 曰最 高 只 能 输 出 1 0 0 k Hz 频 率 的脉 冲 , 如 果 要 使 电机 达 到 3 0 0 0 r / m i n的额 定 速 度 ,电子 齿 轮 比应 设 为 8 0 : l ,此 时驱 动 器 每 输 出 2 0 0 0个 脉 冲 电
回转 体等 多种 金 属表 面的抛 光 打磨
通过P L C对 该抛 光 机 器人 系统 的3 个伺 服 电机 及 2 个 力平
衡 气缸 进 行 控 制 . 实 现 机 器人 的 自动 抛 光 功 能 .
关 键 词 :抛 光 机 器 人 ;抛 光 力 自适 应 ;P LC控 制 中 图分类 号 : T P 2 4 2 文 献 标 志 码 :A
第3 1 卷 第 2期 2 0 1 7年 5月
五 邑大 学学 报 (自然科学版 ) J O U RN AL O F wUYI UN I V E RS I T Y ( Na t u r a l S c i e n c e E d i t i o n)
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