工业机器人工具参考点装置的创新设计研究

2022-11-21敖冰峰杨宏帅

产业与科技论坛 2022年18期

敖冰峰杨宏帅徐鹏

在工业生产过程中，为了更好地保证工业机器人开展特定工作，就需要对机器人的相关技术进行改进，与此同时，为了更好地提高机器人的专业性，往往在机器人身上加装各种执行器，用于进行各种特定的操作。例如搬运机器人的爪夹、焊接机器人的焊枪、涂装机器人的喷枪等，通过在机器人的末端加装执行器，可以大大提高工业机器人的工作效率，同时还能够让机器人的工作更加专业化。由于在工作过程中需要进行移动或者姿态的调整，所以就需要机器人能够对自身的位置进行适当的调整，从而更好地完成相对应的工作，对此就需要给机器人加装工具参考点装置，从而更好地提升机器人的运动与适应能力。

一、工具参考点装置的意义

在进行工业生产过程中，有很多的操作过程需要有十分精准的定位，只有如此才能够更好地保证产品的质量，例如在进行焊接工作时，往往需要根据焊接点的位置和特性进行焊接方式和焊接姿势的调整，在人力焊接的过程中，为了更好地保证工艺的水平，往往会请一些经验较为丰富的员工进行重要设备的焊接。在一些设备的焊接过程中如果出现抖动或者其他的问题，就会导致整个设备的质量出现问题，甚至导致整个设备无法正常使用，尽管使用机器人进行焊接能够有效地防止抖动和其他的问题，但是在整个焊接过程中需要不断地进行焊接姿态的调整，所以需要对工业机器人进行深度的升级与改进，从而大大提高机器人的精准度，所以工具参考点装置的应用就显得尤为重要。由此可见，在工业生产过程中，应用机器人进行生产就必须要加装工具参考点装置，只有如此才可以更好地保证机器人进行精准的姿态和位置的调整。

在进行装配时，首先需要对机器人的TCF工具坐标系进行定义，随后利用控制系统将TCF在坐标系中的具体姿态与位置进行记录，在完成上述操作之后，机器人设备就能够实现各种姿态的转变，同时更好地将加装在机器人上的工具进行姿态与位置的调整，根据实际的作业需求进行变换，提高机器人的工作效率和适用范围。在对工具坐标系进行了正确的标定之后，就能够全面提升机器人的工作效率，不仅可以对作业方向进行改变，从而更好地做出各种多样化的动作，还能够对TCP进行引导，从而实现对整个程序指令的改善，帮助机器人改变运动轨迹和运送速度，大大提高了机器人的稳定性。为了更好地保证工业机器人的运行效率，就需要在操作空间设定参照点，通过设定参照点可以大大提高测量的精度，也就是工具参考点装置进行测定，这一方式在使用的过程中，可以根据测定装置的不同来选择相对应的测定点数。

二、工业参考点装置的功能要求

在进行工业生产过程中，为了保证工作的效率，就需要工业机器人的操作能够简单、方便、高效，为了实现这一目标，就需要对工业机器人使用的工具参考点装置进行优化，只有保证了参考点装置的安全准确性，才能够更好地保证工具坐标系的准确性，进而实现整个工作过程准确有效地开展。所以在进行参考点装置的设计与使用过程中，需要对其进行良好的设计与测试，只有保证各项功能都能够正常稳定运转之后，才能将其应用到工业机器人的生产中去。

(一)要保证参照点保持位置不变。在进行测定的过程中如果参照点的位置发生了变化，就会导致整个测定的结果出现错误，从而导致机器人做出错误的判断，同时还要保证参照物不会被随意改变位置，能够有效抵抗其他事物的干扰，从而保证测定结果的准确性。

(二)保证参照点的可及范围尽量大。在进行工具坐标系的测定时，需要工具和测定点进行接触，这就需要参照点能够尽量放置在较大的可及范围之内，从而更好地保证工具可以进行接触。与此同时，还要保证周围的干扰因素尽量少，避免工具在进行测定的过程中受到影响，从而导致测定的结果出现错误。对于参照点而言，还需要保证其自身的干涉区域尽量达到最小。

(三)使用硬度与强度较高的材料制作参照点。由于参照点是能够多次使用的，所以在进行参照点的生产时，需要选用硬度与耐磨性较好的材料，通过使用这类材料可以保证参照点有更长的使用寿命，不容易出现磨损和变形，保证工具坐标系的测定结果更加精确。

(四)参照点摆放位置要足够明显。在进行测定的过程中，往往需要有操作人员进行参照点的更换以及对设备的操作，因此就需要参照点能够被及时发现和捕捉，在测定完成之后也能够及时地将测定点进行回收，提高整个测定过程的效率。

(五)参照点抗变形能力要强。在进行工具坐标系的测算过程中，不可避免地会出现操作上的失误，一旦出现操作上的失误就可能会导致测定点受到损害，所以在制作测定点时要选用抗变形能力强的材料，即使遇到外力也能够保证测定点不会损坏。

(六)测定点避免面出现锐边、尖端。在测定点的使用过程中需要操作人员进行重复的移动，如果在测定点表面存在锐边或者尖端，就很可能在使用的过程中划伤操作人员，所以为了保证操作人员的安全，就需要加工测定点时避免出现锋利的棱角和锐利的边缘。

(七)要保证零件的结构简单易加工。在加工工具参考点装置时，首先需要保证零件的结构简单易加工，与此同时，还能够为后期的使用与维护创造极大的便利。通过使用良好的加工工艺，能够在保证零件性能的同时，提高零件的安装与使用的便捷程度，大大提高工作效率。

(八)要注重美观。在进行工具参考点的设计时，要充分考虑机器人工程学的相关要求，保证设备能够与参考点相互作用，从而精准地实现工具坐标系的确定。保证设备正常运转的同时，保证参考点装置的外形美观，与周围的环境相呼应形成一种和谐、稳定的氛围。

三、工业参考点装置的设计

现阶段使用的尖触头的参考点装置在使用过程中有着一定的弊端，一是利用水彩笔作为尖触头工具中的画笔，往往会由于笔尖较粗，导致在使用过程中很难确定精确位置，在利用四点法测定工具坐标系时，往往会由于精确度不够而产生较大的故障值。二是在初学者的使用过程中，由于操作不够熟练很容易将尖端与工作台相撞，导致水彩笔的笔尖损坏，由于更换过程十分复杂也就需要较长的时间，使得操作者无法正常使用工具参考点装置。为了更好地避免上述问题的出现，对整个测定方法和测定工具进行改进，就需要设计出一款更加简单高效的参考点装置。本文针对参考点装置的功能要求进行了设计，改善现阶段存在的问题，并提出两种可行方案。

方案一：在选材方面选择金属材料进行制造，以此来保证参照点的硬度和强度达到相对应的要求，从而更好地避免在使用过程中出现磨损和变形的问题。此外，为了保证参照点的可见性高，所以可以使用颜色较为明显的金属材料。例如银白色的铝合金材料，既能够满足硬度、强度、可见性的要求，还能够保证设备整体材料的一致性。具体的外形包含底座、圆柱体过渡和圆锥的顶部。这三部分的组合能够很好地保证结构简单同时加工工艺性良好的要求，总体的高度为40mm，底座直径为40mm，能够充分满足参考点装置的功能要求。

方案二：相比较与方案一而言，方案二在材料上不做出改变，以此来保证强度、硬度、可见性的要求。通过对方案一的分析可以发现，方案一设计出来的参考点装置大小相对较小，因此在方案二的设计中针对这一问题进行了改进，对参考点装置的底座进行了加高，与此同时在结构上将整体结构改为了装配式结构，大大提高了参考点装置的可更换性，各项材料的利用率大大提升，总体的长度也加长到了190mm，底座的直径扩大为50mm，有着更高的稳定性，即使在与TCP进行了接触也很难发生位置的改变。

总体来说，方案一在设计上结构更为简单，但是在使用过程中高度不容易调节，更适合有操作经验的人员进行使用。方案二在设计结构上相对复杂，对于加工工艺的要求较高需要有着丰富的加工和装配经验，制作的周期相对较长，但是无需进行高度调节，适合初学者进行测定工具坐标系的学习。两个方案各有优略，操作者可以根据自身的喜好和需求进行选择。