發(fā)布時(shí)間：2020-08-04 16:21

【摘要】：近年來現(xiàn)代制造業(yè)在自動(dòng)化、智能化方向取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步,工業(yè)機(jī)器人在加工生產(chǎn)中也扮演著日益重要的角色。對(duì)于弱剛性構(gòu)件,如果采用單側(cè)機(jī)器人加工,在加工時(shí)由于工件剛性較弱會(huì)產(chǎn)生較大的變形,難以保證加工表面質(zhì)量和精度。雙機(jī)器人對(duì)側(cè)互為支撐加工為弱剛性構(gòu)件加工提供了新的解決方案。本文基于阻抗控制策略,提出一種針對(duì)弱剛性構(gòu)件磨拋的雙機(jī)機(jī)器人對(duì)側(cè)順應(yīng)控制策略,利用鏡像加工力的相互抵消,減小工件在加工中的受力變形,并通過順應(yīng)控制策略解決加工中出現(xiàn)的過磨問題,達(dá)到提升表面加工質(zhì)量、降低次品率的目的。本文主要研究?jī)?nèi)容如下:首先,對(duì)六自由度協(xié)作機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)建模方法進(jìn)行研究。針對(duì)本文所涉及的UR5機(jī)器人,完成正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)建模,并利用微分運(yùn)動(dòng)學(xué)求解UR5機(jī)器人的定位誤差補(bǔ)償模型以及Jacobi矩陣。最后針對(duì)空間三自由度機(jī)器人模型,完成動(dòng)力學(xué)建模,建立機(jī)器人構(gòu)型與關(guān)節(jié)力矩間的映射關(guān)系。其次,針對(duì)加工中存在的過磨與剛性碰撞問題,提出一種基于位置阻抗控制原理的機(jī)器人順應(yīng)控制策略。對(duì)單側(cè)機(jī)器人,以關(guān)節(jié)角速度增量為控制量設(shè)計(jì)控制器,并且根據(jù)外力矩與控制量之間的映射關(guān)系提出了線性與非線性兩種控制策略。對(duì)雙機(jī)器人加工系統(tǒng),以兩側(cè)機(jī)器人的交互力作為力反饋閉環(huán)的輸入,分別提出線性與非線性控制策略,并且通過仿真驗(yàn)證各控制器的軌跡跟蹤與力順應(yīng)性能,證明控制策略的有效性。接著,基于機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)模型,分別從運(yùn)動(dòng)范圍與響應(yīng)速度兩個(gè)方面對(duì)最佳順應(yīng)關(guān)節(jié)進(jìn)行選取。針對(duì)各控制策略中力響應(yīng)特性的不同,對(duì)不同參數(shù)下控制器的穩(wěn)定性進(jìn)行分析,選取最優(yōu)的控制器參數(shù),提升了控制系統(tǒng)的魯棒性。最后,利用雙目視覺標(biāo)定平臺(tái)完成了兩側(cè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)參數(shù)標(biāo)定,提升機(jī)器人的絕對(duì)定位精度。利用雙機(jī)力控打磨平臺(tái),對(duì)單側(cè)加工與雙機(jī)對(duì)側(cè)加工分別進(jìn)行研究。通過分析機(jī)器人在加工時(shí)末端力與力矩的變化情況,對(duì)比各組參數(shù)下的表面加工質(zhì)量,確定兩側(cè)機(jī)器人剛度非對(duì)稱時(shí)對(duì)應(yīng)的控制器參數(shù)為最優(yōu)的控制器參數(shù),證明了理論分析的結(jié)論。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP242
【圖文】：

2017YFB1301504，2017.12-2019.12。.2 研究背景隨著人類社會(huì)科技實(shí)力的提升，對(duì)制造業(yè)的智能化、高效化、環(huán)�；�、經(jīng)濟(jì)化提出更高的要求，傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)模式已經(jīng)不能滿足不斷進(jìn)步的生產(chǎn)力的需要。2013 年，國工業(yè)界提出了“工業(yè) 4.0”戰(zhàn)略，我國也相應(yīng)的推出了“智能制造 2025”的戰(zhàn)略方針，志著傳統(tǒng)制造業(yè)向智能化、高效化、經(jīng)濟(jì)化的轉(zhuǎn)型。而工業(yè)機(jī)器人作為現(xiàn)代化工業(yè)中主要加工載體，將扮演日益重要的角色，代替人力承擔(dān)越來越多的加工任務(wù)[1]。2015 年，我國工業(yè)領(lǐng)域擁有機(jī)器人的數(shù)量已達(dá)到 26.29W 臺(tái)，2018 年上升至 40.15W，在全球工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)中的占有量已經(jīng)超過 25%[2]。目前在國內(nèi)，機(jī)器人已經(jīng)在磨鉆孔、倉儲(chǔ)物流、汽車制造、焊接噴涂等高端工業(yè)領(lǐng)域扮演著重要的角色[3]。對(duì)于磨拋加工，目前固定安裝模式下的工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)在國內(nèi)外工業(yè)環(huán)境磨拋加工得到了廣泛地使用，機(jī)器人四大家族（KUKA、FANUC、ABB）已經(jīng)將各自的機(jī)器人品以及控制系統(tǒng)成功地引入多種復(fù)雜表面結(jié)構(gòu)件，如航空葉片、小型模具的打磨加工，降低了人為操作成本并且取得了不錯(cuò)的加工效果（圖 1-1，圖 1-2）。

2017YFB1301504，2017.12-2019.12。.2 研究背景隨著人類社會(huì)科技實(shí)力的提升，對(duì)制造業(yè)的智能化、高效化、環(huán)�；�、經(jīng)濟(jì)化提出更高的要求，傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)模式已經(jīng)不能滿足不斷進(jìn)步的生產(chǎn)力的需要。2013 年，國工業(yè)界提出了“工業(yè) 4.0”戰(zhàn)略，我國也相應(yīng)的推出了“智能制造 2025”的戰(zhàn)略方針，志著傳統(tǒng)制造業(yè)向智能化、高效化、經(jīng)濟(jì)化的轉(zhuǎn)型。而工業(yè)機(jī)器人作為現(xiàn)代化工業(yè)中主要加工載體，將扮演日益重要的角色，代替人力承擔(dān)越來越多的加工任務(wù)[1]。2015 年，我國工業(yè)領(lǐng)域擁有機(jī)器人的數(shù)量已達(dá)到 26.29W 臺(tái)，2018 年上升至 40.15W，在全球工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)中的占有量已經(jīng)超過 25%[2]。目前在國內(nèi)，機(jī)器人已經(jīng)在磨鉆孔、倉儲(chǔ)物流、汽車制造、焊接噴涂等高端工業(yè)領(lǐng)域扮演著重要的角色[3]。對(duì)于磨拋加工，目前固定安裝模式下的工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)在國內(nèi)外工業(yè)環(huán)境磨拋加工得到了廣泛地使用，機(jī)器人四大家族（KUKA、FANUC、ABB）已經(jīng)將各自的機(jī)器人品以及控制系統(tǒng)成功地引入多種復(fù)雜表面結(jié)構(gòu)件，如航空葉片、小型模具的打磨加工，降低了人為操作成本并且取得了不錯(cuò)的加工效果（圖 1-1，圖 1-2）。

圖1-5雙機(jī)器人風(fēng)電葉片對(duì)側(cè)加工系統(tǒng) 圖 1-6 丹麥多機(jī)器人龍門加工系統(tǒng)因此，本文旨在完成雙機(jī)器人對(duì)弱剛性構(gòu)件磨拋加工中的阻抗控制，解決以下幾個(gè)問題：1）弱剛性構(gòu)件加工時(shí)受力變形量較大，理想軌跡難以跟蹤；2）對(duì)側(cè)雙機(jī)器人加工交互力過大，導(dǎo)致加工剛度過大，加工質(zhì)量下降；3）理想軌跡與工件表面不貼合導(dǎo)致的過磨或者欠磨現(xiàn)象。通過解決以上問題，將雙機(jī)器人加工系統(tǒng)用于薄壁件的加工，可以為磨拋薄壁弱剛性構(gòu)件提供一種良好的解決方案，提升表面加工質(zhì)量和加工效率。因此，本課題的研究具有廣闊的應(yīng)用前景。1.4 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.4.1 雙機(jī)協(xié)作國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國外對(duì)于雙機(jī)器人協(xié)作技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用研究開始較早。日本名古屋大學(xué)的吉田英博等人于 1995 年利用雙臂機(jī)器人對(duì)薄壁鋁板進(jìn)行加工，研究了加工件在加工中的

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2780792