基于機(jī)械手的鋁合金車輪外形測量自動(dòng)化技術(shù)探討

段寶山

摘 ? 要：為進(jìn)一步延長車輪使用壽命，減少因尺寸問題造成的故障，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輪鑄造情況的準(zhǔn)確預(yù)測以及變形情況的科學(xué)應(yīng)對(duì)。在整個(gè)車輪生過程中，有必要進(jìn)行系統(tǒng)化的車輪外形測量工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輪外形的科學(xué)評(píng)估。本文以鋁合金車輪外形測量為核心，將測量自動(dòng)化作為研究重點(diǎn)，系統(tǒng)探討基于機(jī)械手背景下的鋁合金車輪外形測量自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用方法，形成完備的技術(shù)方案，以期為后續(xù)相關(guān)測量工作的開展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：鋁合金 ?車輪外形 ?機(jī)械手 ?測量自動(dòng)化

中圖分類號(hào)：TP274 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）11（b）-0085-02

為了掌握汽車輪轂毛坯鑄件，保障家用轎車的安全穩(wěn)定運(yùn)行，相關(guān)企業(yè)投入大量資金進(jìn)行鋁合金車輪外形測量，以期提升鋁合金輪轂生產(chǎn)加工的準(zhǔn)確性，滿足實(shí)際的使用需求。文章立足于實(shí)際，以機(jī)械手作為研究突破口，從多個(gè)維度出發(fā)，系統(tǒng)探討鋁合金車輪外形測量環(huán)節(jié)使用機(jī)械手的必要性，明確機(jī)械手應(yīng)用現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)上，調(diào)整思路，創(chuàng)新方法，推動(dòng)鋁合金車輪外形測量的自動(dòng)化與智能化，減少測量誤差，旨在為相關(guān)鋁合金車輪外形設(shè)計(jì)工作的進(jìn)行提供必要的參考。

1 ?機(jī)械手在鋁合金車輪外形測量中應(yīng)用的必要性

對(duì)機(jī)械手在鋁合金車輪外形測量中應(yīng)用必要性的梳理，有助于引導(dǎo)相關(guān)工作人員從思維層面形成正確的認(rèn)知，逐步轉(zhuǎn)變舊有觀念，真正認(rèn)識(shí)到機(jī)械手的應(yīng)用，對(duì)于鋁合金車輪外形測量的重要價(jià)值，為相關(guān)測量工作的開展提供了方向性引導(dǎo)。

機(jī)械手是一種綜合性、多功能的智能化工具，在相關(guān)編程指令的驅(qū)動(dòng)下，機(jī)械手能夠完成各項(xiàng)任務(wù)。隨著相關(guān)技術(shù)的不斷成熟，機(jī)械手的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，以檢查測量機(jī)械手為例，在相關(guān)傳感器的支持下，能夠?qū)z測對(duì)象的實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行感知，并對(duì)所檢測的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行自主分析以及評(píng)估，機(jī)械手的使用大大提升了工作效率，同時(shí)也保障了檢測精度[1]。鋁合金車輪作為家用轎車的重要組件，在使用過程中，極易發(fā)生內(nèi)部結(jié)構(gòu)疲勞損傷和跳動(dòng)平衡不良等安全風(fēng)險(xiǎn)，出現(xiàn)的各種風(fēng)險(xiǎn)，不僅縮短了車輪自身的使用壽命，增加了車輛整體維護(hù)檢修成本，在一定程度上，增加了安全事故的發(fā)生機(jī)率，為避免這一情況的發(fā)生，需要在鋁合金車輪外形設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，利用機(jī)械手代替人工對(duì)毛坯鑄件進(jìn)行檢測，在此基礎(chǔ)上開展切削加工，在保證整體加工精度的同時(shí)，代替人工測量，減少勞動(dòng)強(qiáng)度。從總體上來看，機(jī)械手在鋁合金車輪外形測量中的應(yīng)用，較好地滿足了測量的相關(guān)要求，機(jī)械手具有的技術(shù)優(yōu)勢，不僅使得整個(gè)外形測量的周期縮短，測量精度提高，并且測量后對(duì)于車輪的影響程度較低，對(duì)于整個(gè)鋁合金車輪的設(shè)計(jì)、檢修工作產(chǎn)生了積極作用。基于機(jī)械手在鋁合金外形測量中的積極作用，越來越多的企業(yè)在鋁合金車輪設(shè)計(jì)以及測試過程中，開始采用機(jī)械手這一技術(shù)方案。

2 ?鋁合金車輪外形測量機(jī)械手的應(yīng)用現(xiàn)狀

作為一種新型的測量手段，機(jī)械手在鋁合金車輪外形測量應(yīng)用方面仍舊存在一些問題，這些問題如果沒有得到妥善解決，勢必影響機(jī)械手技術(shù)優(yōu)勢的發(fā)揮，同時(shí)也對(duì)整個(gè)汽車鋁合金車輪外形測量工作產(chǎn)生了不利影響，因此在整個(gè)自動(dòng)化測量之初，工作人員有必要對(duì)現(xiàn)階段鋁合金車輪外形測量中機(jī)械手的應(yīng)用情況進(jìn)行梳理。

目前在鋁合金車輪外形測量領(lǐng)域，丹麥以及波蘭等國家研發(fā)的車輪外形測試儀較好地滿足了鋁合金車輪外形的測量要求，相關(guān)設(shè)備不僅測量精度較高，并且體量較小，具有較好的實(shí)用性。隨著我國家用轎車數(shù)量的快速增長，基于家用轎車生產(chǎn)以及日常維護(hù)的需求，國內(nèi)相關(guān)技術(shù)團(tuán)隊(duì)，也進(jìn)行了相應(yīng)的技術(shù)研發(fā)，經(jīng)過多年技術(shù)積累，逐步縮小了與西方發(fā)達(dá)國家之間的差距[2]?？紤]到汽車輪轂毛坯鑄件整體尺寸較小，機(jī)械手的操作難度相對(duì)較大，因此在實(shí)際的應(yīng)用環(huán)節(jié)，出現(xiàn)機(jī)械手操作難度較大，控制精度較低等一些列問題，這些問題一旦沒有得到妥善解決，勢必影響整個(gè)鋁合金車輪外形測量的準(zhǔn)確性，對(duì)于后續(xù)車輪加工鑄造工作的開展產(chǎn)生消極作用情況。

3 ?鋁合金車輪外形測量自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)方法

鋁合金車輪外形測量自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)，要求相關(guān)工作人員以機(jī)械手作為平臺(tái)，通過對(duì)相關(guān)機(jī)械手方案的調(diào)整，以及使用思路的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手與鋁合金車輪外形測量的有效銜接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)鋁合金車輪外形測量的自動(dòng)化，充分滿足現(xiàn)階段鋁合金車輪毛坯鑄件的尺寸測量與切削加工的相關(guān)要求。

3.1 機(jī)械手硬件參數(shù)的調(diào)整

在使用機(jī)械手對(duì)鋁合金車輪外形進(jìn)行自動(dòng)化測量的過程中，為了保證機(jī)械手作用的有效發(fā)揮，相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)做好機(jī)械手硬件參數(shù)的調(diào)整工作，通過必要的調(diào)節(jié)優(yōu)化，不斷提升機(jī)械手的可控性以及靈敏度。具體來看，工作人員在科學(xué)性原則、實(shí)用性原則的引導(dǎo)下，結(jié)合鋁合金車輪外形測量的實(shí)際需求，對(duì)相關(guān)硬件參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，在鋁合金車輪測量之前，工作人員需要對(duì)機(jī)械手的組成部件進(jìn)行檢查，從實(shí)際情況來看，目前汽車加工領(lǐng)域所使用的機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部的主要作用用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。在實(shí)際的使用過程種，工作人員需要根據(jù)實(shí)際情況，來調(diào)整手部的運(yùn)動(dòng)模式，保證抓取工作的順利完成。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱為機(jī)械手的自由度，基于這種實(shí)際，在測量、加工環(huán)節(jié)，需要對(duì)自由度進(jìn)行界定。自由度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜，從過往經(jīng)驗(yàn)來看，為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個(gè)自由度。除了進(jìn)行上述處理之外，技術(shù)人員還有必要對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，確保機(jī)械手能夠完成特定動(dòng)作。同時(shí)調(diào)試傳感器的參數(shù)，確保其快速反饋信息，形成穩(wěn)定的閉環(huán)控制。控制系統(tǒng)的核心通常是由單片機(jī)或dsp等微控制芯片構(gòu)成，通過對(duì)其編程實(shí)現(xiàn)所要功能。

3.2 測量信息的分析處理

從過往經(jīng)驗(yàn)來看，在整個(gè)鋁合金車輪測量過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，對(duì)測量數(shù)據(jù)的匯總、分析以及處理，有助于提升測量工作的整體質(zhì)效，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋁合車輪磨損情況的科學(xué)把控。為了實(shí)現(xiàn)測量信息的有效分析以及科學(xué)處理，工作人員應(yīng)當(dāng)做好PDA終端設(shè)備的操控工作，在現(xiàn)階段機(jī)械手模式下，整個(gè)車輪外形測量環(huán)節(jié)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，都會(huì)在PDA終端上進(jìn)行集中處理以及存儲(chǔ)[4]。這就要求，工作人員在測量數(shù)據(jù)分析環(huán)節(jié)，需要結(jié)合實(shí)際情況，熟練掌握PDA終端的操作方法，根據(jù)測量要求，快速調(diào)取各類數(shù)據(jù)，并進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析，完成對(duì)鋁合金車輪外形測量信息的初步處理工作。依托于PDA終端的強(qiáng)大功能，將鋁合金車輪外形曲線以及幾何參數(shù)，較為直觀地展現(xiàn)在終端設(shè)備上，便于工作人員獲取相關(guān)信息，及時(shí)總結(jié)相關(guān)規(guī)律[5]。

4 ?結(jié)語

鋁合金車輪作為家用轎車的重要組件，在整個(gè)汽車運(yùn)行環(huán)節(jié)發(fā)揮著關(guān)鍵性作用，由于工作環(huán)境較為特殊，鋁合金車輪極易出現(xiàn)復(fù)雜的磨損情況，造成使用壽命的縮短以及安全風(fēng)險(xiǎn)的增加?？紤]鋁合金車輪外形測量周期較長，工作強(qiáng)度較高的實(shí)際，文章將機(jī)械手作為切入點(diǎn)，系統(tǒng)化探討鋁合金車輪外形測量自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)方法，在保證鋁合金車輪外形測量工作有序開展的同時(shí)，提升汽車車輪生產(chǎn)能力，切實(shí)發(fā)揮機(jī)械手在整個(gè)鋁合金車輪外形測量中的積極作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳瑞.基于點(diǎn)云拼接的車輪踏面在線三維測量技術(shù)研究[D].西南交通大學(xué)，2017.

[2] 張彬，謝冠星，楊楠.基于邊緣的車輪與剎車片的縫隙輪廓距離估算算法[J].國外電子測量技術(shù)，2018（5）：63-64.

[3] 張東皓.基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的汽車車輪定位參數(shù)自動(dòng)測量方法[J].計(jì)算機(jī)測量與控制，2018（8）：137-138.

[4] 聞江.基于圖像處理的車輛外形測量技術(shù)研究[D].長安大學(xué)，2017.

[5] 黃松海.基于立體視覺的非接觸式車輛定位技術(shù)的研究[D].煙臺(tái)大學(xué)，2018.