編織機器人的直觀編程
發(fā)布日期:2012-04-01 蘭生客服中心 瀏覽:4085
碳纖維復合材料是一種新型的非金屬材料,具有高比強、高比模、耐疲勞、抗蠕變、耐高溫、耐腐蝕、耐磨損、尺寸穩(wěn)定、導電、導熱、熱膨脹系數(shù)小、自潤滑和吸能抗振等一系列優(yōu)異性能。碳纖維復合材料的另一重要特性就是比重小。比重一般在1.6左右,是鋁的1/2、鋼的1/5。碳纖維復合材料的強度很高,有很高的“比強度”(比強度=材料的強度極限/材料的單位重),它的比強度是鋼的5倍,剛性非常好。
由于碳纖維復合材料的優(yōu)質材料特性,在負荷極高的情況下,已經(jīng)有越來越多的構件都是使用纖維復合材料制作而成。如飛機的龍骨、管道和車輛的框架型材。制造的方法是,引導一個核心,也就是構件的正極,穿過一臺裝有干碳纖維帶的徑向編織機,然后將產(chǎn)生的預成型件(預制件)在后面的工序中用樹脂浸潤滲透。
圖1 機器人和滾動擾流片的芯棒(左)、機器人和制成的構件(右)
為了將整套的核心穿過編織機,可以使用工業(yè)機器人,如圖1和圖2所示。采用工業(yè)機器人的優(yōu)點是,由于工業(yè)機器人可以拉著預成型件穿過編織機,從而可以使工件的質量得到大幅提升,并能夠降低加工的成本。
不過由于成本的原因,只有在大批量生產(chǎn)時,使用工業(yè)機器人才更為合算;不過即便是在大批量生產(chǎn)的情況下,機器人的編程也僅僅只占整個批量總加工時間的一小部分。還有另外一個需要注意的問題是,機器人編程并不容易,需要編程人員具備很高的資質,只有具備非常熟悉復雜編程環(huán)境的技術工程人員才能使工業(yè)機器人得到充分的發(fā)揮。
為了能夠使小批量生產(chǎn)的中小型企業(yè)也能分享到使用工業(yè)機器人帶來節(jié)約的好處,F(xiàn)raunhofer IPA研究所開發(fā)了通過示范案例來達到快速和直觀的編程環(huán)境。
人工移動機器人很簡單,我們只需要最簡單的接觸動作,也就是拉或者推,就可以移動機器人的位置。我們把這個過程和它走過的軌跡拍攝下來,然后進行重放分析,再加上用傳感器采集到的工人的力和力矩進行換算,就可以模仿工人的動作,然后再通過生產(chǎn)廠家專用的接口傳輸?shù)焦I(yè)機器人上。
圖2 斯圖加特大學IFB飛機制造研究所采用操作機器人的徑向編織機
如圖3所示,在基于模塊式結構的部件集成在編程環(huán)境里,除了力與力矩傳感器外,引導工業(yè)機器人最重要的互動部件是一個圖形顯示的用戶界面。操作人員可以通過這個用戶界面指揮機器人,也可以在位置、方向和輸出端的開關狀態(tài)方面對軌道加以調整,還可以通過這個用戶界面對速度圖形給出定義。附加的組件有手持控制器,手持控制器通過無線網(wǎng)可以集成到系統(tǒng)里,或者也可以是一個語音控制器,用來設置系統(tǒng)的狀態(tài)和速度。
圖3 開發(fā)成功的編程環(huán)境的組成部分
由于用手動不可能百分之百精確地控制需要運行的軌道,因而軌道必須能夠在事后再進行加工,這也要用到圖形界面,工人可以用這個界面進行各種類型的再加工工作。通過壓縮和轉換成直線或齒形曲線對軌道進行平整;對軌道點的位置和方向進行調整;根據(jù)軌道位置設置輸出端。
經(jīng)過簡單的學習之后,所有的功能都可以用鼠標實現(xiàn)。用圖形表示的仿真可以對所做的修改進行檢查。
同粘貼技術和焊接技術中的用途相反,編織核軌道編程不需要所有維度(自由度)都運動。為了得到最佳的位置結構,我們希望編織點上只有一個與編織機成軸向的動作,因此編織核必須一直處于中心位置。圖4是專門按這些特性調整好的運動方案。
圖4 簡化的動作控制:兩個旋轉軸,兩個校正方向
程序員通過力-轉矩-傳感器來控制Rx和Rz的旋轉,Ty的運行動作是自動進行的,通過觸摸屏可以對Tx和Tz的運動進行校正。
斯圖加特大學飛機制造研究所IFB和Fraunhofer生產(chǎn)技術的自動化研究所IPA進行了合作,對In-Teach編程環(huán)境做了日常適用性的實際測試。IFB接受的小批量生產(chǎn)為節(jié)省時間的使用編程環(huán)境提供了最佳條件。在制作復雜的彎曲組件時,通過示范為機器人編程實現(xiàn)了明顯的節(jié)省時間的優(yōu)點。一個新的組件大約需要30~90min就可以完成編程,而不是像從前那樣需要長達幾個小時才可以完成。通過力傳感器、語音以及3D圖像組成的直觀操作接口界面,可以很快地熟悉工作過程。最后,在批量較小時,In-Teach編程環(huán)境也可以經(jīng)濟地實現(xiàn)自動化。
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