柔性体磨削抛光无力传感器机器人柔顺控制系统研究
发布时间：2020-12-20 05:22
随着智能制造发展,工业机器人在制造业中的应用得到了迅猛的发展。产品研磨抛光是产品制造领域的重要环节之一,由于存在磨抛均匀性无法保证、用人成本高等问题。传统人工研磨抛光工艺技术的升级换代,促进机器人技术在该领域得到应用,大多数主要以刚性工件的研磨抛光作为主要作用对象,有些工业制品其属性并非刚性具有柔性特性,而直接采用以开发机器人刚性的研磨抛光技术不能很好满足工艺质量要求。因此开展柔性体研磨抛光特性研究和开发针对其特性的机器人研磨抛光技术的无力传感器控制器设计,不仅具有较高的理论指导意义且具有较大的现实意义。与刚性工件不同,柔性体在受力后会产生变形,其位置、姿态及磨抛力随着作用点不同而变化,如何对变形后的加工表面的位置、姿态及磨抛力进行轨迹跟踪是机器人对柔性体进行磨抛操作时机器人控制系统设计的难点。为此本研究选择传统牛皮研磨抛光工艺为研究对象,通过查阅相关文献和其自身属性,采用ABAQUS有限元分析软件构建虚拟实验平台,模拟提取了牛皮表面加工变形后的位置、姿态及磨抛力工艺参数,同时基于该系列参数,以6R机器人柔顺控制的原理和方法构建了一套控制系统技术方案,并在Matlab 2019b搭建了...
【文章来源】：武汉纺织大学湖北省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
东京理工大学机器人打磨系统
径?├砜拼笱?usaomiNagata团队设计了一种带有学习型力/位置混合控制器的高精度机器人打磨系统[3]，如图1.1所示。控制系统的输入轨迹由通过CAM系统计算得到的机器人末端工具位置数据生成，在实际的控制过程中，通过修改轨迹的方式使打磨力误差减校在打磨过程中，系统通过不断得学习使打磨精度升高，能达到和熟练工人同等的打磨精度。不足是对环境改变的适应过程较长，也就说在环境改变后的初次磨抛过程中打磨精度较低。图1.1东京理工大学机器人打磨系统Fig.1.1RobotpolishingsystematTokyoinstituteoftechnology图1.2多特蒙德大学机器人打磨系统Fig.1.2RobotpolishingsystematDortmunduniversity针对小批量的打磨和去毛刺任务，德国多特蒙德大学的DomroesF，Kuhlenkoetter等学者设计了一种机器人打磨系统[4-6]，如图1.2所示。基于柔性编程概念，通过采用机器人力控制和速度控制两种控制策略，使打磨工具自动沿着工件轮廓运动。在设计过程中，基于轮廓接触识别和动态路径适应的经验提出了一种路径校正方法，解决了操作台上工具加持可能不对齐的问题。该系统的不足是打磨作用力为通过示教的方式得到，不是在线力控制的过程。近些年，台湾、新加坡、波兰等国家也对机器人磨抛系统的开发展示了浓厚的兴趣，先后开发出了自己的磨抛系统[7]。其中，在机器人磨抛领域发展最成功的企业当属
3始建于1989年的德国SHL自动化技术股份公司[8]。该公司不仅研发出将自主的磨抛机和机器人有机结合成的机器人磨抛系统，而且针对不同用户的不同零件、不同磨抛精度等要求均开发出配套的自动化机器人磨抛生产线。图1.3所示为该公司自主研制的机器及磨抛设备。图1.3SHL公司自主研发的机器人磨抛设备Fig.1.3RobotgrindingandpolishingequipmentindependentlydevelopedbySHLcompany国内方面，中科院自动化所、哈尔滨工业大学、华中科技大学等研究所及重点大学还包括相当一部分企业也都致力于机器人磨抛技术的研究。其中，北京航空航天大学、南京航空航天大学等将机器人磨抛技术应用于航空产品；沈阳新松机器人自动化股份有限公司、成都光电技术研究所等对机器人磨抛在光学和生物学等方面的可行性进行了研究[9]。虽然国内的起步较晚，但随着时间的沉淀，很多单位及企业已取得了一定的研究成果。如江门顺宗抛光公司、沈阳新松机器人有限公司、上海“齐龙”机器人自动化公司等都研制出自己的机器人磨抛设备，并完全拥有自主产权[10]。图1.4沈阳新松磨抛机器人Fig.1.4Shenyangxinsonggrindingandthrowingrobot综上所述，国外对机器人磨抛技术的研究较早，采用的控制技术更先进，能实现较高等级的磨抛精度。ABB、KUKA等机器人公司更是直接从控制器底层对力控制进行研究，且不对外开放其控制器系统[11]；而国内在这方面的起步较晚，大多都停留在控制算法的理论研究阶段，但不可否认的是，以新松公司为代表的企业和研究机构已开发出可应用于实际加工的机器人磨抛设备。2、机器人力控制算法研究现状目前机器人力控制算法领域的研究热点是力/位置混合控制、阻抗控制。力/位置混
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于迭代学习的旋耕机刀轴焊接机器人轨迹跟踪控制研究[J]. 张楚,文西芹,朱文亮. 机械设计与制造. 2019(10)
[2]薄板零件磨削变形有限元仿真[J]. 朱传敏,胡骁. 物联网技术. 2019(03)
[3]基于模糊自适应PID控制的机器人运动控制仿真研究[J]. 宋昌宝,宋金泽,郑晓圆,李奕陈,李俊龙,冯雷. 长春工程学院学报(自然科学版). 2018(03)
[4]机器人逆运动学解析解的选取算法[J]. 肖志键,吴建华. 机械设计与制造. 2018(08)
[5]基于模糊补偿的机器人力/位置控制策略的研究[J]. 杨宗泉,陈新度,吴磊. 机床与液压. 2017(17)
[6]基于曲线拟合的二自由度系统自由振动的响应参数求解[J]. 梅迎春,傅惠南,胡昆,石远豪,罗星星. 机床与液压. 2016(03)
[7]面向机器人的多维力/力矩传感器综述[J]. 钟晓玲,张晓霞. 传感器与微系统. 2015(05)
[8]基于S函数实现的参数自整定模糊PID控制器[J]. 鲁改凤,卢东伟,孟波,王佳,鞠阳. 华北水利水电大学学报(自然科学版). 2014(04)
[9]基于1stOpt的质子交换膜燃料电池模型优化[J]. 王恺尔,叶美盈,许友生. 电源技术. 2009(08)
[10]导弹弹体内壁打磨机器人及其运动轨迹规划[J]. 孙一兰,柳洪义,王品,罗忠. 中国机械工程. 2009(07)
博士论文
[1]机器人与环境间力/位置控制技术研究与应用[D]. 李正义.华中科技大学 2011
硕士论文
[1]基于阻抗控制的机器人力控制技术研究[D]. 丁润泽.哈尔滨工业大学 2018
[2]机器人钣金钻孔轨迹规划及位置伺服控制系统设计[D]. 孟力.武汉纺织大学 2018
[3]基于力反馈的打磨机器人控制系统研究[D]. 刘志恒.哈尔滨工业大学 2017
[4]基于四元数的工业机器人姿态规划与插补算法的研究[D]. 谢文雅.华中科技大学 2017
[5]面向大型风电叶片的机器人阻抗控制顺应打磨研究[D]. 连学军.华中科技大学 2017
[6]仿海蟹机器人螯足设计及柔顺控制研究[D]. 杨圣喜.哈尔滨工程大学 2017
[7]面向机器人抛光打磨的一维恒力装置及控制系统[D]. 何伟崇.广东工业大学 2016
[8]基于视觉的6R工业机械臂运动规划[D]. 鄢诚挚.兰州理工大学 2016
[9]六关节串联机器人机构奇异位形研究[D]. 吕永军.中国科学院研究生院(沈阳计算技术研究所) 2016
[10]有刷直流电机模糊PID自整定方法实验研究[D]. 吴春杨.哈尔滨工程大学 2016
本文编号：2927286
【文章来源】：武汉纺织大学湖北省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
东京理工大学机器人打磨系统
径?├砜拼笱?usaomiNagata团队设计了一种带有学习型力/位置混合控制器的高精度机器人打磨系统[3]，如图1.1所示。控制系统的输入轨迹由通过CAM系统计算得到的机器人末端工具位置数据生成，在实际的控制过程中，通过修改轨迹的方式使打磨力误差减校在打磨过程中，系统通过不断得学习使打磨精度升高，能达到和熟练工人同等的打磨精度。不足是对环境改变的适应过程较长，也就说在环境改变后的初次磨抛过程中打磨精度较低。图1.1东京理工大学机器人打磨系统Fig.1.1RobotpolishingsystematTokyoinstituteoftechnology图1.2多特蒙德大学机器人打磨系统Fig.1.2RobotpolishingsystematDortmunduniversity针对小批量的打磨和去毛刺任务，德国多特蒙德大学的DomroesF，Kuhlenkoetter等学者设计了一种机器人打磨系统[4-6]，如图1.2所示。基于柔性编程概念，通过采用机器人力控制和速度控制两种控制策略，使打磨工具自动沿着工件轮廓运动。在设计过程中，基于轮廓接触识别和动态路径适应的经验提出了一种路径校正方法，解决了操作台上工具加持可能不对齐的问题。该系统的不足是打磨作用力为通过示教的方式得到，不是在线力控制的过程。近些年，台湾、新加坡、波兰等国家也对机器人磨抛系统的开发展示了浓厚的兴趣，先后开发出了自己的磨抛系统[7]。其中，在机器人磨抛领域发展最成功的企业当属
3始建于1989年的德国SHL自动化技术股份公司[8]。该公司不仅研发出将自主的磨抛机和机器人有机结合成的机器人磨抛系统，而且针对不同用户的不同零件、不同磨抛精度等要求均开发出配套的自动化机器人磨抛生产线。图1.3所示为该公司自主研制的机器及磨抛设备。图1.3SHL公司自主研发的机器人磨抛设备Fig.1.3RobotgrindingandpolishingequipmentindependentlydevelopedbySHLcompany国内方面，中科院自动化所、哈尔滨工业大学、华中科技大学等研究所及重点大学还包括相当一部分企业也都致力于机器人磨抛技术的研究。其中，北京航空航天大学、南京航空航天大学等将机器人磨抛技术应用于航空产品；沈阳新松机器人自动化股份有限公司、成都光电技术研究所等对机器人磨抛在光学和生物学等方面的可行性进行了研究[9]。虽然国内的起步较晚，但随着时间的沉淀，很多单位及企业已取得了一定的研究成果。如江门顺宗抛光公司、沈阳新松机器人有限公司、上海“齐龙”机器人自动化公司等都研制出自己的机器人磨抛设备，并完全拥有自主产权[10]。图1.4沈阳新松磨抛机器人Fig.1.4Shenyangxinsonggrindingandthrowingrobot综上所述，国外对机器人磨抛技术的研究较早，采用的控制技术更先进，能实现较高等级的磨抛精度。ABB、KUKA等机器人公司更是直接从控制器底层对力控制进行研究，且不对外开放其控制器系统[11]；而国内在这方面的起步较晚，大多都停留在控制算法的理论研究阶段，但不可否认的是，以新松公司为代表的企业和研究机构已开发出可应用于实际加工的机器人磨抛设备。2、机器人力控制算法研究现状目前机器人力控制算法领域的研究热点是力/位置混合控制、阻抗控制。力/位置混
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于迭代学习的旋耕机刀轴焊接机器人轨迹跟踪控制研究[J]. 张楚,文西芹,朱文亮. 机械设计与制造. 2019(10)
[2]薄板零件磨削变形有限元仿真[J]. 朱传敏,胡骁. 物联网技术. 2019(03)
[3]基于模糊自适应PID控制的机器人运动控制仿真研究[J]. 宋昌宝,宋金泽,郑晓圆,李奕陈,李俊龙,冯雷. 长春工程学院学报(自然科学版). 2018(03)
[4]机器人逆运动学解析解的选取算法[J]. 肖志键,吴建华. 机械设计与制造. 2018(08)
[5]基于模糊补偿的机器人力/位置控制策略的研究[J]. 杨宗泉,陈新度,吴磊. 机床与液压. 2017(17)
[6]基于曲线拟合的二自由度系统自由振动的响应参数求解[J]. 梅迎春,傅惠南,胡昆,石远豪,罗星星. 机床与液压. 2016(03)
[7]面向机器人的多维力/力矩传感器综述[J]. 钟晓玲,张晓霞. 传感器与微系统. 2015(05)
[8]基于S函数实现的参数自整定模糊PID控制器[J]. 鲁改凤,卢东伟,孟波,王佳,鞠阳. 华北水利水电大学学报(自然科学版). 2014(04)
[9]基于1stOpt的质子交换膜燃料电池模型优化[J]. 王恺尔,叶美盈,许友生. 电源技术. 2009(08)
[10]导弹弹体内壁打磨机器人及其运动轨迹规划[J]. 孙一兰,柳洪义,王品,罗忠. 中国机械工程. 2009(07)
博士论文
[1]机器人与环境间力/位置控制技术研究与应用[D]. 李正义.华中科技大学 2011
硕士论文
[1]基于阻抗控制的机器人力控制技术研究[D]. 丁润泽.哈尔滨工业大学 2018
[2]机器人钣金钻孔轨迹规划及位置伺服控制系统设计[D]. 孟力.武汉纺织大学 2018
[3]基于力反馈的打磨机器人控制系统研究[D]. 刘志恒.哈尔滨工业大学 2017
[4]基于四元数的工业机器人姿态规划与插补算法的研究[D]. 谢文雅.华中科技大学 2017
[5]面向大型风电叶片的机器人阻抗控制顺应打磨研究[D]. 连学军.华中科技大学 2017
[6]仿海蟹机器人螯足设计及柔顺控制研究[D]. 杨圣喜.哈尔滨工程大学 2017
[7]面向机器人抛光打磨的一维恒力装置及控制系统[D]. 何伟崇.广东工业大学 2016
[8]基于视觉的6R工业机械臂运动规划[D]. 鄢诚挚.兰州理工大学 2016
[9]六关节串联机器人机构奇异位形研究[D]. 吕永军.中国科学院研究生院(沈阳计算技术研究所) 2016
[10]有刷直流电机模糊PID自整定方法实验研究[D]. 吴春杨.哈尔滨工程大学 2016
本文编号：2927286
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