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黄河科技学院毕业设计（文献翻译） 第 5 页 新式家具的抛光机器智能系统摘要:在这篇文章中,一个有着表面控制针对木制材料家具的工业机器手的抛光系统被提出,灵敏的空气传动工具经一个紧凑的力量传感器能轻松的附于工业机器手的顶端.这个机器抛光系统被称作三维机器抛光机.该抛光机器有两个新特点.一是作用在工具和木制工件表面的抛光力被精细的控制在所设定值范围内.例如2kgf.这个抛光力的大小是根据连接产生的力和运动摩擦力来设定的。另一个特点是不需要复杂的示教再现运动但必需获得一个理想的刀具轨迹。切屑刀具的位置数据，即由CAD/CAM（计算机辅助设计与制造）模拟生产的刀具路径。直接被用于固定在机器手臂上的刀具。该抛光机器能用于传统抛光机不能应付的型式多样的弯曲表面。这些效果和说法通过了一些试验，被研究证实。1. 介绍在木制家具的工业制造中，CAD/CAM系统和数控技术被广泛应用，从而使得设计到机械加工是非常合理的。然而，在机器加工之后的抛光几乎不可能实现自动化。因为它需要精细和灵巧的技术以便不影响表面质量。到目前为止，一些抛光机在木制方面的发展。举例来说，宽带抛光机（如图2）适合边表面的抛光。然而，这些传统的机器不能应用于型式多样的弯曲表面。因此在木制家具的制造业中CAD/CAM系统和数控技术被广泛应用。从而使的设计和加工成为可能。然而，抛光过程后的加工很难实现自动化。因为它需要精细和灵活的技术，才能加工出完美的表面质量。到现在为止才研究出少许用于木制的抛光机。例如：宽带抛光机如图所示是用于平面的抛光。型面抛光机（如图2所示）适合边缘周围抛光。然而这些传统的抛光机不能用于自由曲面型状的工件。因此，我们必须依靠不仅可进行适当力量控制，而且能用于抛光复杂曲面双轨道和单轨道抛光工具（如图4所示）。有经验的工人通过空气驱动器将其使用的得心应手。为了获得更好的表面质量。双向抛光机需要进行回转和非圆周运动。可以臆测出这样的工具会发出刺耳的噪声、震动和灰尘。最严重的问题是，在这种恶劣环境下完成抛光是非常为难技术工人的。正是这个原因，在家具制造业中，研究一种可以部分取代技术熟练工人工作的抛光机是有必要的。工业机器人已经取得显著发展。如涂漆、焊接、搬运等。要完成这些工作，重要的是对机器人手臂上端位置的准确控制。当机器人运用于抛光、去毛刺或磨削任务时，利用少许力控制会不可避免的出现对物体的损坏。举例来说。抛光机械手和喷图机械手在15中被呈现。自动化机器人的修边和磨削在610被介绍。两个具有代表性的控制方法被提出，它们是阻抗控制11和混合位置/力量控制12。在为机械手减少或吸收冲击力方面，阻抗控制是最有效的的控制法之一。其优点在于它能控制机械阻抗、惯性等。阻抗控制没有力量控制模态和位置控制模态，但它是力量和速度组合的最终效应。在另一方面，混合位置/力量控制方法同时控制机械手的位置和力量。然而，六个制约因素包括三个自由度位置和三个自由度力量不能同时达到最佳。为了避免干扰力控系统和位控系统，力量控制模态或位置控制模态在每个方向上事先被选定。表面跟踪控制是工业机械手的基本方法。一般有两种控制方案，一种是机械手臂顶端的定位/定向控制。另一种是使其稳定的保持在工件表面的曲线上的力量控制。应该指出的是如果工件表面几何信息未知，那么，在工件表面加工的速度就很难有所提高。为使其紧贴表面进给速度必须取较小值。此外，在保持沿预定轨迹工作的同时难以控制抛光机械手的方向。笔者曾进行有关方面的研究。就力量控制来说，阻抗控模型来调整抛光工具和工件表面的距离。在15中，模拟环境模型能模拟出环境的刚度。其结果通过了模型PUMA560机械的验证。在测量时，重力补偿器可以消除刀具重量对测量结果的影响。在17中，关于刀具定位和定向控制，它更进一步考虑如何为工业机器人实现非示教运动。在18的陈述中，CL数据被用来处理新的有关抛光参数的拟定。 在文中，机器人抛光工具系统被集成用于具有自由型态家具的设计。其抛光系统提供了实际的表面跟着控制，使工业机器人不仅在的迪卡尔空间通过了以个理想的阻抗模型调整机械手臂，而且使其沿着正确的方向运动的同时跟随表面接触。该抛光力大小是根据连接产生的力和摩擦力来设定的。本文还陈述了如何将抛光系统应用到没有复杂示教程序的木制工艺品中的制作中。从一些抛光试验效果可知抛光机器人使用跟踪控制系统是可行的。2. 抛光系统最近，开放式建筑工业机器人是根据使用者的各种不同需要在改进。工业机器人有一个开放的基于windows和linux系统的编程接口。这样我们可以试着编写一些用于伺服控制的新程序。例如力量控制程序，柔性控制程序等。六自由度工业机器人如图5所示：FS20是由日本川崎重工业提供的控制器。该机器人系统开发了用于工业，其顶端有一个高灵敏度力量传感器。抛光刀具经以个力量感应器后可以很容易附于机器人手臂的顶端。光纤电缆将一个人计算机和服务器连接。基于PC的控制器提供了几个windows API（应用编程接口）的功能。例如伺服控制角度、正传、反转等。举例来说利用这些API函数可以很容易且安全的对位置和方向进行控制。在下一节，表面跟踪控制器在一个装有windows API 函数的自动抛光机中变为现实。3. 抛光机器的表面跟踪控制系统表面跟踪系统有两个主要特点：一是这既不是传统复杂的教学工作也没有处理（CL 数据到NC 数据）的要求。另一种是同时对作用在自由形态弯曲表面刀具上的力、刀具位置、定位方向的控制。4. 实验结果 在本节中，利用模拟机器抛光机给出的试验结果的结果。轨道抛光工具被熟练的工人广泛用于工件弯曲表面的打磨。基于轨道的抛光工具能运行各种奇异的运动。这就原于轨道抛光机不仅是个强大的打磨工具，而且磨出的表面质量好、擦伤少。在这个试验中，轨道抛光工具被选择而且在经由一个力量传感器被安装在机械手手臂顶端。基本尺寸长、宽、高 75cm110cm4cm那抛光工具重800g ,在抛光一个工件时，垫圈与磨砂低附着表面。图12一个数据加工的工件表面，这里一个有代表性常规抛光机不能加工的形状。其表面的抛光数据进给量值设为3mm，该工件抛光前如图12所示，其每次进给量设值不大于1mm。首先机械手去除了其顶端使用的粗糙砂光纸#80，然后采用磨砂纸将其磨到一个中等粗糙#220，最后磨到#400，补偿直径和纸被切割到65mm大大的超过用于数控加工过程中的球头铣刀直径（17mm）。因此，我精选进给量15mm.更新了CL数据的抛光机如图9所示而且替换了如图10所示控制器的CL数。切割偏移量被设为15mm的小值，以便防止工艺品的边缘过度打磨。表1显示了其他打磨条件和表面跟踪控制的参数如图10.这些数值的作用是用来发现错误的。如图13所示工作时的抛光机。抛光力大小控制如图14所示。灵敏的空气类型的工具会产生巨大的噪声和振动。力量控制系统有工业机器手，力量感应器，空气驱动器和木制的材料。因为这样的工作环境抛光力大小会变和振动，这就是为什么抛光往往会有毛刺和噪声。而且，其加工出来的表面质量远远高于技工加工出来的质量。虽然它是如此困难和难以同技工保持同样的抛光力大小、工具位置和定位方向。但机器抛光机可以完成更加精细任务。另一抛光机加工木制桌如图15所示。触摸感觉无论是手指还是手掌均令人非常满意。一点等高线的迹象都没有，以及边缘周围没有过度的打磨，表面上没有凸起。此外，我们还用触笔仪器进行测量，使得加工出来的表面粗糙度（Ra）和最大高度（Ry）的算术平均值在1mm至3mm以内。抛光机器人加工的新款家具如图16、17所示。从实验的结果我们可以确定。机器抛光系统可以完成对木制工艺品的弯曲表面加工。5. 结论与将来的工作这份文件涉及的机器人抛光系统用于家具工艺品的美观设计和自由曲面造型。该系统已经开发且用于工业机器人。这样的系统有一个开放的控制器。系统有两个新特点：一个是这种表面跟踪控制器在控制抛光力大小的同时还可以控制位置和定位方向。另一个是根本不需要传统复杂的示教运动。基于工业机器的常规抛光系统理想轨迹的位置和定位方向控制是通过复杂示教运动所获得的。在这种情况下，操作员必学输入大量的沿着物体表面运动的数据，不过抛光系统的三维CAD/CAM可以直接模拟出所需要的CL数据，从而使得该示教运动得以省略。通过实验可知，那附于抛光机械手臂顶端的刀具可以平滑的跟随弯曲表面移动。在接触的同时且能保持一定的抛光力和正确的方向。也有人表明，该系统完成的弯曲