大型復雜曲面零件在航空航天上的應用非常廣泛,其制造精度和加工質量直接影響著航天設備的性能和安全。目前大型復雜曲面零件大多采用多軸數(shù)控專機進行加工,主要存在設備昂貴、配置復雜等問題。隨著機器人加工技術的不斷成熟,機器人加工柔性、配置靈活等優(yōu)勢越來越明顯,采用機器人實現(xiàn)大型復雜曲面零件的高效精密加工成為了新的研究熱點。但是,機器人存在剛度低、絕對精度差、非線性耦合強等問題,導致機器人的加工精度難以保證。因此,本文針對大型復雜曲面零件機器人加工精度差的問題,開展了機器人加工軌跡高精度控制算法的研究。為了提高大型復雜曲面零件加工絕對跟蹤精度,本文采用輪廓誤差描述機器人絕對跟蹤精度,重點針對機器人關節(jié)空間運動控制、任務空間軌跡跟蹤、任務空間輪廓控制以及任務空間輪廓誤差補償展開了研究。首先針對機器人關節(jié)提出分數(shù)階滑�？刂撇呗�,其次基于任務軌跡設計線性模型預測控制器,然后引入輪廓誤差設計輪廓控制器,最后研究基于數(shù)據(jù)驅動的輪廓誤差補償策略,并逐一在實驗平臺上進行驗證。本文主要研究內容及創(chuàng)新性成果如下:1、機器人關節(jié)空間運動控制。建立六關節(jié)串聯(lián)機器人的運動學和微分運動學模型,同時辨識機器人的動力學模型參數(shù);為實現(xiàn)各關節(jié)高精度的跟蹤性能,基于動力學模型依靠分數(shù)階微積分理論和滑模變結構控制理論設計分數(shù)階滑�？刂破�。在巨輪六關節(jié)機器人上對控制器進行驗證,結果表明所提方法相較于滑�？刂破骺捎行嵘P節(jié)跟蹤精度至±0.003rad的范圍。2、機器人任務空間軌跡跟蹤。分析關節(jié)空間運動控制的局限:未考慮關節(jié)之間的耦合。針對這個問題進行任務空間軌跡控制的研究,基于模型預測控制的原理設計線性化模型預測控制算法。在MATLAB中仿真巨輪六關節(jié)串聯(lián)機器人對控制器進行驗證,結果表明所提方法相較于PID控制器,可提升X方向74.82%、Y方向72.58%、Z方向27.78%的跟蹤精度。3、機器人任務空間輪廓控制。分析輪廓誤差估計分量通過加權求和的方式引入至傳統(tǒng)輪廓控制框架進行輪廓控制的過程中存在的兩個問題:輪廓誤差在加工的整個區(qū)域沒有規(guī)范減小,局部出現(xiàn)不減反增的情況;輪廓誤差的減小有限,最高為37.5%。針對這兩個問題提出誤差向量范數(shù)加權求和算法和新的輪廓控制框架。對所提出的控制策略進行對比實驗驗證,結果表明所提策略相較于傳統(tǒng)策略,可在加工的整個區(qū)域一致地減小85.4%的位置輪廓誤差和88.89%的方向輪廓誤差。4、機器人任務空間輪廓誤差補償。分析輪廓控制過程中存在的問題:輪廓誤差在線估計或控制器設計復雜。針對這個問題提出基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡建立機器人輸入輸出完整映射的模型,并基于模型修調匹配更優(yōu)的參考輸入。對所提出的補償策略進行實驗驗證,結果表明所提策略可有效減小43.84%的位置輪廓誤差和52.14%的方向輪廓誤差。
【學位單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：V26;TP242
【部分圖文】：

能磨拋技術與系統(tǒng)（國家重點研發(fā)計劃，資助號：2017YFB1301501）。 研究背景復雜類零部件如大型航空薄壁結構件和燃氣輪機大葉片，如圖 1-1 所示。其類大型航空薄壁結構件零件數(shù)量占飛機整體鈑金零件的 30%左右；而燃氣則通常需要透平葉片數(shù)百片，葉片制造成本約占整機的 1/4~1/3，如此大量的工業(yè)需求驅使大型復雜零件加工的新工藝、新裝備成為當今智能制造技術究熱點。（a）大型航空薄壁結構件

華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文機磨削的方式進行加工，如圖 1-2 所示。人工磨削存在加工表面一致性差等問題，而數(shù)控專機磨削則存在設備昂貴的問題。此時，機器人因操作空間大、并行協(xié)調加工能力強、加工柔性、配置靈活、融合多傳感智能1]，為大型復雜零件的高效精密加工提供了新的思路。所以以機器人為基工技術被定義為是對未來新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義的高新技術之一[2]務院關于印發(fā)“十三五”國家科技規(guī)劃的通知》中被列為科技創(chuàng)新 2030 項目之一[3]。

而數(shù)控專機磨削則存在設備昂貴的問題。此時，機器人因操作間大、并行協(xié)調加工能力強、加工柔性、配置靈活、融合多傳感智能]，為大型復雜零件的高效精密加工提供了新的思路。所以以機器人為基技術被定義為是對未來新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義的高新技術之一[2]院關于印發(fā)“十三五”國家科技規(guī)劃的通知》中被列為科技創(chuàng)新 2030目之一[3]。（a）手工磨削 （b）數(shù)控專機磨削圖 1-2 燃氣輪機大葉片加工方案

【參考文獻】

相關期刊論文 前2條

1 胡楚雄;王慶豐;姚斌;;基于全局任務坐標系的精密輪廓運動控制研究[J];機械工程學報;2012年20期

2 孫漢旭;褚明;賈慶軒;;柔性關節(jié)摩擦和不確定補償?shù)男〔ㄉ窠?jīng)——魯棒復合控制[J];機械工程學報;2010年13期

本文編號：2811090