工业机器人雕刻加工过程的力控制方法研究

摘要

近几年工业机器人产业已经成为当前国内制造业的一大热点，用机器人雕刻替换传统的手工雕刻，不仅提高了雕刻产品的质量，同时还降低企业运行的成本。机器人在雕刻过程中，雕刻力的大小影响到刀具的使用寿命和工件加工精度，因此对机器人雕刻加工过程的力控制方法研究具有重要的实用价值。
　　本文针对实际雕刻过程中遇到的问题，以St-ubli-TX90机器人为控制对象，主要工作包括了构建雕刻过程切削力的简化模型，研究空间切换控制和雕刻过程的PI控制。本文主要研究内容和成果如下：
　　1.介绍了机器人雕刻加工系统，包括St-ubli工业机器人和作用力检测与采集系统，并对MasterCAM、Robotmaster和St-ubli Robotics Suite控制软件简单描述。阐述了机器人雕刻加工过程遇到的实际问题，进一步引入对机器人雕刻过程的力控制方法研究。
　　2.分析了雕刻过程切削力的产生，并对切削力模型进行简化，使用最小二乘回归算法建立雕刻切削力模型，并通过实验的方式进行验证。
　　3.研究了机器人从自由空间到约束空间的切换控制。对运动过程中碰撞问题描述，结合实验中各控制方法的规划曲线，分析各控制方法间的优势与不足。
　　4.研究了机器人雕刻过程力控制。在实验中采用继电型PI自整定的方法，整定出机器人雕刻系统中的力控制器的参数，对实验过程进行简单分析。
　　5.以车模型为雕刻实例，将空间切换控制和PI控制算法加入到雕刻代码中，对机器人雕刻过程中力进行控制，最终完成车模型的雕刻。
　　6.总结全文工作，并展望未来机器人雕刻过程研究的内容。

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第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究内容与各章节安排

第2章 基于机器人的雕刻加工系统

2.1 机器人雕刻系统概述

2.2 雕刻加工平台的组成

2.3 控制软件介绍

2.4 本章小结

第3章 雕刻加工过程中切削力模型的建立

3.1 雕刻过程中切削力模型描述

3.2 机器人雕刻过程分析

3.3 雕刻过程切削力模型的建立方法

3.4 实验结果分析

3.5 本章小结

第4章 自由空间到约束空间的切换控制

4.1 空间切换中碰撞问题描述

4.2 传统速度控制方法

4.3 实验结果分析

4.4 本章小结

第5章 工业机器人雕刻过程PI控制

5.1 雕刻过程中切削力控制问题描述

5.2 雕刻过程PI控制

5.3 实验过程及分析

5.4 本章小结

第6章 基于机器人雕刻加工实验

6.1 雕刻实验总体方案

6.2 建立雕刻模型及参数设置

6.3 工件坐标系标定

6.4 轨迹优化及生成

6.5 机器人雕刻编程

6.6 实验结果分析

6.7 本章小结

第7章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

致谢