目前,對(duì)于鋁件和鋼件等金屬材料的拋磨,其加工方式依然廣泛的采用人工作業(yè)。工人主要依靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行生產(chǎn),致使拋磨質(zhì)量和加工穩(wěn)定性較差。機(jī)器人力控拋磨為解決這一問題提供了新的途徑。力控執(zhí)行器不僅可以解決拋磨中的力位耦合問題,而且能夠調(diào)控拋磨中的多種工藝參數(shù)。在機(jī)器人拋磨中,對(duì)拋磨工藝影響較大的幾個(gè)參數(shù)是轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度和拋磨力。根據(jù)拋磨過程中的參數(shù)特點(diǎn),本文對(duì)機(jī)器人拋磨中的力控執(zhí)行器及其控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)、分析和初步實(shí)驗(yàn)研究。根據(jù)拋磨工藝要求,本文提出了機(jī)器人力控拋磨末端執(zhí)行器的設(shè)計(jì)目標(biāo)。為了滿足設(shè)計(jì)目標(biāo),在設(shè)計(jì)過程中采用增大響應(yīng)帶寬和減小傾覆力矩原理。依據(jù)力控拋磨執(zhí)行器的設(shè)計(jì)原理,采用公理化設(shè)計(jì)方法將執(zhí)行器器的設(shè)計(jì)分為功能、行為和結(jié)構(gòu)三個(gè)層次的設(shè)計(jì)。然后,基于虛擬設(shè)計(jì)技術(shù),進(jìn)行了機(jī)器人力控拋磨執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。最后,通過有限元分析驗(yàn)證了力控執(zhí)行器設(shè)計(jì)的可靠性。為了設(shè)計(jì)機(jī)器人力控拋磨執(zhí)行器的控制系統(tǒng),根據(jù)伺服控制的基本原理構(gòu)建了力控系統(tǒng)的基本框架。采用電機(jī)和驅(qū)動(dòng)功率匹配、放大電路和通訊等技術(shù),控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)得以設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)�；贛ATLAB軟件平臺(tái),設(shè)計(jì)了控制軟件的變量,并確定了控制軟件的主程序。本文對(duì)機(jī)器人力控拋磨執(zhí)行器機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行了建模,并對(duì)機(jī)電系統(tǒng)的頻域、時(shí)域以及穩(wěn)定性進(jìn)行了分析�；诘屯V波、音圈電機(jī)和數(shù)字PID等原理,依據(jù)控制系統(tǒng)電子電路的信號(hào)關(guān)系建立了執(zhí)行器主動(dòng)力控制算法。為了驗(yàn)證算法的可行性,采用SIMULINK工具包對(duì)主動(dòng)力控制算法進(jìn)行了工藝、環(huán)境和控制器三個(gè)方面的仿真和分析。為了驗(yàn)證機(jī)器人力控拋磨執(zhí)行器在實(shí)際拋磨作業(yè)中的拋磨效果,首先進(jìn)行了執(zhí)行器樣機(jī)的研制并搭建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。采用實(shí)驗(yàn)方法對(duì)力傳感器的零點(diǎn)漂移和比例漂移進(jìn)行了標(biāo)定。在此基礎(chǔ)上測試了執(zhí)行器的力控性能,最后對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行規(guī)劃并進(jìn)行了拋磨實(shí)驗(yàn)。
【學(xué)位單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TP249;TG580.6
【部分圖文】：

為一種常用的表面處理方法，在零部件精整加工或產(chǎn)著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，特別是工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的日益發(fā)展，C 以及 YASUKAWA 四大家族為首的國外機(jī)器人公司，表的國內(nèi)新興機(jī)器人企業(yè)，均開展了機(jī)器人拋磨代替?zhèn)髌嚵悴考�、工業(yè)零件、醫(yī)療器械以及民用產(chǎn)品等傳統(tǒng)(a) 新松機(jī)器人拋磨作業(yè) (b) 配天機(jī)器人拋磨作業(yè)

目前在 3C 外殼拋磨中得以運(yùn)用。如圖 1-1（d）所示，武漢的庫柏特科技有限磨軌跡、拋磨接觸力的精密微調(diào)、拋磨工藝離線編程模塊、系統(tǒng)集成、機(jī)器磨系統(tǒng)等方面有不同稱度的研究與應(yīng)用。除此之外我國還有埃夫特智能裝備公司、上海新時(shí)達(dá)電器有限公司等在機(jī)器人拋磨領(lǐng)域有較多的研究與應(yīng)用。綜上所述，國內(nèi)外不少的公司企業(yè)對(duì)機(jī)器人拋磨都已經(jīng)展開了一定的研究。磨作業(yè)中，工件體積大小不均、品類繁多環(huán)境復(fù)雜，且工作環(huán)境非結(jié)構(gòu)化等傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人無法在現(xiàn)有的工作空間范圍內(nèi)采用諸如示教或者離線編程法。因此，拋磨等表面處理仍然依賴大量的人工作業(yè)，導(dǎo)致了一系列問題，時(shí)、高成本、拋磨工件表面一致性差以及拋磨質(zhì)量難以保證等問題。除此之直接與拋磨設(shè)備接觸，現(xiàn)場環(huán)境非常惡劣，充斥著高噪音、大量粉塵與火花素，如圖 1-2 所示。長期進(jìn)行拋磨作業(yè)，極易讓工人患上如噪聲聾、矽肺等或者致傷致殘，甚至存在粉塵爆炸這種嚴(yán)重安全隱患。人工拋磨的主要問題

如圖1-3(b)所示，其特征在于可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)和調(diào)節(jié)氣壓來控制接觸力的大小，在控制上采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型控制拋磨力。這種氣囊式拋磨末端優(yōu)點(diǎn)在于輕巧，缺點(diǎn)是氣壓控制不夠精準(zhǔn)，高速拋磨會(huì)造成氣體溫度的變化[8]。2006 年瑞爾森大學(xué) Avery Roswell 等人提出了恒定的拋光力的輸出并不能保證拋光的接觸力恒定，基于拋磨末端，作者研究了拋磨中的接觸力模型及其分析[9]。LiangLiao 等人設(shè)計(jì)了一種拋磨末端如圖 1-3(c)所示，由氣動(dòng)馬達(dá)提供旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、氣缸提供拋磨力的輸出，采用 PID 算法實(shí)現(xiàn)恒力跟蹤[10]。2016 年南洋理工大學(xué)設(shè)計(jì)的拋磨末端，如圖 1-3(d)所示，這種設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)速度、前進(jìn)速度、拋磨力的控制。通過實(shí)物圖片可以看出該設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)尺寸大、拋磨末端質(zhì)量較大，機(jī)器人的末端關(guān)節(jié)距離工作面的距離較大，在一定的拋磨力下，拋磨末端前進(jìn)的過程中產(chǎn)生的偏心力矩大容易造成磨不平[11-13]。2016 年常州大學(xué)朱偉等人設(shè)計(jì)了一種拋磨末端是采用萬向節(jié)將電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩傳遞給拋磨頭，如圖 1-3(e)所示，這種類似于仿腕關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)可以適應(yīng)不同的弧面的工件，但是也正是這個(gè)原因?qū)е铝怂荒軌驖M足高速的要求，另外一個(gè)方面就是該拋磨末端沒有力控的功能，需要依賴機(jī)器人的位置控制實(shí)現(xiàn)力量的調(diào)節(jié)[14]。2017 年北京工業(yè)大學(xué) Ri Pan 等人基于氣囊拋光末端研究了切削旋轉(zhuǎn)速度對(duì)工件和磨料之間的摩擦力的影響、壓力梯度與工件法向力的關(guān)系。如圖 1-3(f)所示

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