工业机器人打磨过程的阻抗控制方法研究

摘要

随着现代机械加工的不断发展，使用机器人打磨代替人工作业实现自动化生产是当下研究的一大热点，不仅提高了打磨质量，同时还降低了生产成本。在机器人砂带打磨过程中，打磨力影响着工件的加工质量以及砂带的使用寿命，因此对机器人砂带打磨过程的力控制方法实现恒力柔顺打磨的研究具有重要的实用意义。
　　本文针对水龙头表面打磨采用人工作业的加工方式的不足，采用机器人对水龙头进行打磨，以机器人为控制对象，研究力跟踪阻抗控制方法，结合离线编程实现机器人柔顺砂带打磨。为了提高砂带打磨效率和打磨质量，本文主要的研究工作与成果如下:
　　1.介绍了机器人砂带打磨系统的构成以及加工方式，开展对机器人砂带打磨机理进行研究。从宏观上分析了砂带打磨过程中的弹性接触状态，从微观上研究单颗磨粒的切削机理，进而提出了本文的研究目标为提高打磨质量和加工效率，实现的方法为控制打磨力。
　　2.以ER50机器人为对象，采用D-H方法建立机器人运动学方程，并推导运动学逆解，运用矢量积法求解雅可比矩阵。在此基础上，在离线编程环境下采用三次样条曲线离散生成打磨轨迹，然后进行了相关的打磨实验，并分析了实验结果。
　　3.通过对机器人砂带打磨过程的接触力分析，设计具有自适应补偿的力跟踪阻抗控制器，补偿接触时的弹性变形量，并分析其稳定性条件。进而考虑工业机器人的实现，设计了一种基于位置的力跟踪阻抗控制器，在离线编程软件生成打磨轨迹的基础上，对加工轨迹动态调整，跟踪期望轨迹，从而实现机器人恒力打磨。
　　4.考虑砂带与接触轮的材质以及接触过程中复杂的动力学，在ADAMS环境下建立机器人砂带打磨系统的虚拟样机，包括刚性体和柔性体等，利用ADAMS与MATLAB搭建机器人砂带打磨水龙头的联合仿真平台，然后，采用基于位置的力跟踪阻抗控制方法进行实验，并验证算法的有效性。
　　最后，对全文的工作进行总结，并对未来的工作进行展望。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 砂带打磨技术研究现状

1．2．2 机器人力控制算法研究现状

1．3 ADAMS虚拟样机仿真技术简介

1．4 论文的研究目的与各章节内容安排

第2章 机器人砂带打磨过程的机理分析

2．1 引言

2．2 机器人砂带打磨系统构成及加工特点

2．3 砂带打磨工艺分析

2．3．1 砂带打磨机构成

2．3．2 砂带打磨的加工过程

2．3．3 砂带打磨过程的接触状态分析

2．3．4 单颗磨粒切削过程分析

2．4 本章小结

第3章 机器人运动学分析与砂带打磨轨迹生成方法

3．2 ER50机器人砂带打磨系统坐标系的描述

3．3 ER50机器人砂带打磨运动学模型建立

3．3．1 ER50机器人连杆坐标系建立

3．3．2 ER50机器人的正运动学分析

3．3．3 ER50机器人的逆运动学分析

3．3．4 ER50机器人的微分运动学分析

3．4 水龙头打磨轨迹生成及实验分析

3．5 本章小结

第4章 基于阻抗模型的机器人砂带打磨力控制方法

4．1 引言

4．2 机器人砂带打磨接触力分析

4．3 机器人阻抗控制模型

4．4 机器人砂带打磨的阻抗控制方法

4．4．1 力跟踪阻抗控制器设计

4．4．2 基于位置的力跟踪阻抗控制器设计

4．5 本章小结

第5章 机器人砂带打磨过程的仿真与实验

5．1 引言

5．2 机器人砂带打磨系统虚拟样机模型的建立

5．3 机器人砂带打磨虚拟样机的联合仿真

5．4 机器人砂带打磨实验

5．5 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果