基于力传感器的工业机器人恒力磨抛系统研究

发布时间：2020-08-08 13:59

【摘要】：磨削和抛光是提高工件表面质量的重要工序。由于手工磨抛会对工人的身心造成极大的伤害,因此随着工业机器人的快速发展,机器人被越来越多地应用到加工领域,正在逐渐取代人工磨抛。有研究表明,磨抛过程中保持工件表面法向磨抛力的恒定对改善磨抛加工质量作用显著,所以工业机器人要应用到磨抛加工领域,力控制是其中的一项重要的共性关键技术。本文对工业机器人恒力磨抛系统进行了设计和研究,基于机器人位置控制,利用安装在机器人末端的力传感器实时测量加工过程中打磨工具与工件之间的打磨力,通过力控制算法转化为末端工具的位移修正量,保持法向力恒定,有效的提高零件的加工质量,缩短加工时间。首先分析了末端力传感器的受力情况,对传感器测量到的力和力矩信息进行工具重力和重力矩的补偿,解决了打磨过程中随着机器人姿态变化工具重力和传感器零点对打磨头与工件之间实际磨抛力测量的影响。研究现有的机器人磨抛工艺,并针对现有机器人打磨抛光应用中存在的不足,设计了具有力控制功能的机器人磨抛控制方案。针对提出的打磨方案设计力跟踪控制器和姿态顺应控制器,并且进行了仿真和实物实验。设计机器人恒力磨抛控制系统,将力控制方法集成到机器人运动控制系统中去,避免了使用二次开发接口实现带来的力控制非实时性的问题,提高力控制的精度。实验结果表面所提出磨抛控制策略的有效性,具有力控制的磨抛系统只需要简单的示教轨迹机器人即可自动调节打磨过程中的力和打磨头的姿态,有效的缩短打磨加工的时间。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP242.2
【图文】：

产工序之一，现在仍有不少企业采用人工进行零件的打磨抛光加工[2]。如图1-1所示：图 1-1 工人手工打磨手工打磨容易导致产品不良率上升、效率低下、加工后的产品表面粗糙不均匀等问题，抛光打磨质量依照工人经验判断，质量无法保证。并且打磨产生的火花、粉尘和噪声等会对工人的身心健康产生严重的影响[3]。随着时代的发展，中国劳动力结构的红利现象逐步退却，越来越多的年轻一代不愿意入行，熟练工缺失，工效低下，人工成本不断抬高，而且恶劣的工作环境必须为操作工人支付更高的薪酬。随着工业机器人的发展，将机器人应用到抛光打磨中变得越来越受关注[4]。自工业机器人问世，就开始代替工人完成危险和枯燥的工作，将工人从繁忙的生产工作中解放出来[5]。机器人打磨抛光可以确保产品打磨出来的一致性和精确性，避免出现传统工艺中由人工打磨抛光不精确、不匀称等原因造成的产品浪费

力控制,接触力

华中科技大学硕士学位论文点，广泛应用于卫浴五金、3C、家电及家电零部件和木材建材家居制造等行业工业机器人在打磨、抛光这类需要与加工零件接触的任务中，与一般的任务相器人末端的运动会受到约束。机器人末端打磨头在磨抛过程中会与被加工工件接触力，若接触力较大可能会损坏打磨头、机器人以及工件，而接触力较小时又保持磨抛过程中打磨头与工件很好的贴合，进行影响被加工零件的表面质量[6]。表明打磨过程中工件法向接触力是影响零件打磨质量的主要因素[7]，图 1-2ABB人对比了有没有力控制对加工效果的影响，可以看到力控制对打磨质量有很大升。因此为了保证工件的打磨质量和一致性需要能够控制打磨过程中的接触力，人需要具备力控制的功能。

被动柔顺装置

现状制研究现状器人应用于打磨、抛光、装配等需要与环境进行理论和方法也被国内外的许多学者进入了深入的类：被动力控制和主动力控制。指利用一些能够存储或吸收能量的器件如弹簧、够在机器人与环境产生接触力后被动的调整避免动柔顺装置是由 MIT 设计[9][10]的 RCC(如图 1-3成的柔顺手腕，使其能够顺从空间 6 自由度的变而设计，因为需要设计额外的机构来完成柔顺功理程序设定轨迹上小的位置和姿态偏离，并且由的接触力不会出现。

【参考文献】