复杂曲面机器人研抛关键技术研究

发布时间：2017-09-25 00:13

  本文关键词：复杂曲面机器人研抛关键技术研究

  更多相关文章： 精密加工 复杂曲面 机器人自动化研抛系统 力控制 路径规划

【摘要】：目前我国复杂曲面零件光整加工阶段的研抛加工基本以人工操作为主,加工质量难以得到有效的保证,费时费力,效率很低,而且大部分工作环境不适宜工人去操作,因此曲面光整加工的智能化和自动化,作为实现高质、高效、低成本的制造的重要环节,日益受到产业和学术界的重视。本文主要围绕复杂曲面机器人智能自动化研抛系统的关键技术进行了相关研究。主要研究内容概括如下:1)自行搭建了复杂曲面机器人自动化柔顺研抛加工系统平台,自主研发设计了一种柔性研抛工具,该研抛工具结构特有的柔顺特点使其能够模仿人手进行研抛加工,克服了机器人刚度与柔性之间的矛盾。2)介绍了柔性盘与曲面工件表面接触时的压强分布模型,同时对柔性盘研抛区域的相对线速度分布进行理论推导,用微元积分原理和移动材料去除指数建立了研抛材料去除廓形的理论方程,分析了主要研抛工艺参数对曲面工件表面材料去除廓形的影响规律。介绍了复杂曲面研抛加工路径规划中的行切法和环切法,通过分析比较选择更适合复杂曲面机器人自动化研抛加工中的行切法进行轨迹规划。3)在机器人运动空间描述了研抛工具末端位姿,介绍了机器人的坐标系变换,研抛盘的受力分析及重力补偿算法,建立了机器人被动柔顺研抛工具末端与外界环境接触的简化模型并详细介绍了基于位置内环的力外环控制策略方案。4)介绍了机器人研抛力控制系统软件并对其性能进行了测试,结果表明基本实现恒压力研抛,控制精度在±3N~5N,应用自行搭建的研抛加工系统平台对NAK80模具钢曲面工件进行研磨和抛光加工实验,结果显示粗糙度Ra=0.025μm,基本接近镜面效果,很好地满足了实际需求,证明复杂曲面机器人自动化高精研抛加工的可行性和有效性。
【关键词】：精密加工 复杂曲面 机器人自动化研抛系统 力控制 路径规划
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-18
• 1.1 课题的研究背景与意义12-13
• 1.2 国内外研究发展现状及趋势13-15
• 1.3 论文主要研究内容及技术路线15-18
• 第2章 机器人自动化研抛加工系统18-29
• 2.1 机器人研抛系统构成及功能18-19
• 2.2 系统硬件构成19-21
• 2.2.1 六自由度工业机器人及控制柜19-21
• 2.2.2 其他附属装置21
• 2.3 机器人末端研抛工具21-24
• 2.3.1 研抛工具的设计要求21
• 2.3.2 柔性研抛工具结构设计21-23
• 2.3.3 气动马达23
• 2.3.4 六维力/力矩传感器23-24
• 2.4 系统通讯方案的建立24-27
• 2.4.1 控制PC机与机器人控制器之间的通讯25-26
• 2.4.2 六维力/力矩传感器与上位机之间的通讯26-27
• 2.5 本章小结27-29
• 第3章 研抛加工材料去除廓形建模及路径规划29-42
• 3.1 表面材料去除廓形建模29-34
• 3.1.1 研抛材料去除机理分析29-30
• 3.1.2 理论基础30-31
• 3.1.3 柔性盘接触压强建模31-32
• 3.1.4 柔性盘接触区域线速度分析32-33
• 3.1.5 研抛曲面工件表面材料去除廓形建模33-34
• 3.2 研抛材料去除廓形分析34-37
• 3.2.1 研抛压力对去除廓形的影响35
• 3.2.2 柔性盘转速对去除廓形的影响35-36
• 3.2.3 进给速度对去除廓形的影响36-37
• 3.2.4 研抛倾角对去除廓形的影响37
• 3.3 研抛加工路径规划37-40
• 3.3.1 复杂曲面研抛加工行切法轨迹规划38-39
• 3.3.2 复杂曲面研抛加工环切法轨迹规划39
• 3.3.3 行切法与环切法轨迹规划的对比39
• 3.3.4 复杂曲面研抛加工行切法轨迹规划的实现39-40
• 3.4 本章小结40-42
• 第4章 研抛力控制策略42-54
• 4.1 研抛工具末端位姿在机器人运动空间描述42-44
• 4.2 坐标变换44-48
• 4.2.1 位置坐标变换44-45
• 4.2.2 旋转坐标变换45-47
• 4.2.3 齐次坐标变换47-48
• 4.3 研抛工具受力分析及重力补偿算法48-50
• 4.4 机器人研抛力控制策略50-53
• 4.5 本章小结53-54
• 第5章 实验与分析研究54-71
• 5.1 机器人研抛力控制系统性能测试实验54-57
• 5.1.1 平面研抛力控制系统性能测试54-55
• 5.1.2 曲面研抛力控制性系统性能测试55-57
• 5.2 复杂曲面机器人自动化系统研抛加工实验57-67
• 5.2.1 曲面工件材料及三维模型57-58
• 5.2.2 研抛加工实验设备58-59
• 5.2.3 研抛轨迹生成59-60
• 5.2.4 机器人自动化研抛工艺过程规划60-63
• 5.2.5 加工工艺路线制定及研抛实验结果分析63-67
• 5.3 研抛效果的评定参数67-70
• 5.3.1 研抛工件表面质量67-68
• 5.3.2 研抛加工效率68-70
• 5.4 本章小结70-71
• 结论71-73
• 参考文献73-77
• 攻读硕士期间发表的论文和取得的科研成果77-78
• 致谢78-79

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本文编号：914257