机器人辅助抛光系统末端抛光工具的优化设计与轨迹规划

摘要

抛光是工件加工至关重要的一道工序，不仅可以增加被抛光表面的光洁度，提高表面质量，而且可以改善局部的应力集中现象。目前抛光主要采用传统的方法手工完成，费时、费力，对工人抛光技术和经验要求高，而且容易出现失误，造成工件报废。自动化抛光系统能有效地解决上述手工抛光存在的问题，满足当今社会客户对高效、高质量加工的需求。与机床执行抛光任务相比，机器人可达工作空间大、多自由度、低成本的特点，使得机器人抛光的可操作性更好，能加工表面形式更为复杂的工件，因此在自动化抛光系统中具有更大的发展潜力。但是由于开发和应用机器人辅助抛光自由曲面自动化抛光系统的技术复杂性，包括设计和制造满足要求的硬件设备、设计高效的刀具路径、维持稳定的抛光力、设计复杂的刀具运动形式、抛光方案的自动化实施以及建立完整复杂的反馈系统等，所以投入市场的国内外自动化抛光系统很少。本文的研究目的就是针对建立机器人辅助抛光自由曲面自动化抛光系统存在的一些难题进行探索研究，主要研究内容包括以下几个方面：
　　充分考虑抛光工艺对抛光工具设计提出的要求，设计出了一种机器人夹持的柔性末端抛光工具，为柔性抛光以达到好的抛光效果提供了条件，并在ADAMS软件和专业优化软件iSIGHT软件集成环境下对设计参数进行多目标优化，为结构设计的改进提供依据。
　　充分考虑高效、高质量加工对规划抛光路径提出的要求，设计了一种抛光路径规划方案，在线或离线方式生成覆盖自由曲面均匀的抛光路径，解决了抛光前自动规划抛光路径问题。在MATLAB环境进行了仿真，验证了此方法的有效性。
　　给出了一种力跟踪的控制方法，来满足抛光过程中需要维持稳定的抛光力的要求。此方法通过力偏差来修正内环的位置偏差，不仅可以维持稳定的抛光力，而且可以确保抛光执行机构沿着指定的路径抛光。并在MATLAB的Simulink环境下建立了控制框图，采用Simulink中的SimMechanics中的模块搭建了机器人模型进行了仿真实验，验证了此控制方法的可行性。
　　本课题的研究对建立机器人辅助抛光自由曲面自动化抛光系统具有一定的理论价值；对满足当今社会客户对高效加工与高质量产品的需求具有重要意义。

目录

机器人辅助抛光系统末端抛光工具的优化设计与轨迹规划

DESIGN OPTIMIZATION OF ROBOT END-EFFECTOR TOOL AND PATH PLANNING FOR ROBOT-ASSISTED POLISHING SYSTEM

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外相关技术的发展现状

1.2.1国外发展现状

1.2.2国内发展现状

1.3课题来源及主要研究内容

1.3.1课题来源

1.3.2课题主要研究内容

第2章 末端抛光工具的结构设计及动力学建模

2.1 引言

2.2 末端抛光工具的设计要求

2.3 末端抛光工具的结构设计

2.4末端抛光工具的拉格朗日动力学方程

2.4.1动力学模型

2.4.2拉格朗日动力学方程的建立

2.5 本章小结

第3章 末端抛光工具多目标优化设计

3.1 引言

3.2末端抛光工具的优化流程

3.2.1等效动力学建模

3.2.2优化目标和设计变量的建立

3.2.3 ADAMS软件和iSIGHT软件集成过程的实现

3.2.4末端抛光工具多目标优化流程

3.3试验设计DOE

3.3.1 DOE的目的和方法的选择

3.3.2 DOE的实施过程

3.3.3 DOE结果及分析

3.4末端抛光工具多目标优化

3.4.1优化算法的选择

3.4.2优化结果及分析

3.5 本章小结

第4章 自由参数曲面抛光运动轨迹规划

4.1 引言

4.2自由参数曲面抛光运动轨迹规划整体方案

4.2.1传统的曲面加工运动轨迹规划方法

4.2.2自由参数曲面抛光运动轨迹规划整体方案

4.3刀触点数据的生成

4.3.1刀触点路径规划

4.3.2刀触点数据的生成

4.4刀位点数据的生成及整体方案程序实现

4.5运动轨迹规划实例

4.6 本章小结

第5章 抛光力控制技术研究

5.1 引言

5.2抛光力

5.3基于阻抗控制的抛光力控制技术研究

5.3.1机器人与环境接触力控制技术

5.3.2阻抗控制原理

5.3.3基于阻抗控制的抛光力控制策略

5.4仿真实验及结果分析

5.4.1仿真用机器人及MATLAB环境下模型实现

5.4.2系统控制方案图

5.4.3仿真实验结果及分析

5.5 本章小结

结 论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致 谢