本文關(guān)鍵詞：面向機(jī)器人拋光打磨的一維恒力裝置及控制系統(tǒng)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著《中國(guó)制造2025戰(zhàn)略》的推進(jìn),工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用在我國(guó)各行各業(yè)得到迅猛的發(fā)展,給制造業(yè)注入了一股新的活力。產(chǎn)品零件打磨是當(dāng)前工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域中的一個(gè)難點(diǎn)。為了使工業(yè)機(jī)器人適應(yīng)打磨加工的需求,在位置軌跡控制的基礎(chǔ)上,往往需要對(duì)工業(yè)機(jī)器人在實(shí)際打磨加工過(guò)程中產(chǎn)生的接觸應(yīng)力進(jìn)行有效的控制。本文基于被動(dòng)柔順的原理和方法,提出面向工業(yè)機(jī)器人打磨拋光的一維恒力裝置及其控制方法,主要內(nèi)容如下：首先,針對(duì)打磨工業(yè)機(jī)器人在打磨加工過(guò)程中對(duì)接觸應(yīng)力的柔順控制問(wèn)題,對(duì)兩類(lèi)相關(guān)控制方法和裝置進(jìn)行了分析。其次,提出以音圈電機(jī)作為動(dòng)力輸出元件的一維恒力裝置設(shè)計(jì)方案,并對(duì)裝置工作原理進(jìn)行分析。提出基于力傳感器的電機(jī)閉環(huán)力反饋控制系統(tǒng),通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電機(jī)電流,使得打磨接觸力保持在相對(duì)恒定范圍以?xún)?nèi)。再次,對(duì)一維恒力裝置進(jìn)行了軟硬件設(shè)計(jì)。在硬件方面,進(jìn)行了機(jī)械結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)硬件框架、電路整體方案設(shè)計(jì),選擇STM32作為控制電路的主控芯片。根據(jù)STM32特性設(shè)計(jì)了基于傳感器通訊電路、PCF8591數(shù)據(jù)采集電路、姿態(tài)檢測(cè)電路。在軟件方面,提出了以μcos-Ⅲ嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的軟件層次結(jié)構(gòu),同時(shí)設(shè)計(jì)并改進(jìn)控制系統(tǒng)的離散PID控制器。提出了基于重力加速度傳感器與三軸陀螺儀的恒力裝置姿態(tài)傳感器互補(bǔ)濾波算法對(duì)姿態(tài)傳感器信號(hào)進(jìn)行改進(jìn),有效消除了三軸陀螺儀積分累積誤差和重力加速度傳感器響應(yīng)速度慢的缺陷。最后,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)對(duì)一維恒力裝置進(jìn)行測(cè)試,首先是通過(guò)實(shí)驗(yàn)采集不同受力下對(duì)應(yīng)電壓輸出的數(shù)據(jù),通過(guò)最小二乘法擬合得到力與電壓間的關(guān)系,實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置的標(biāo)定工作。接著測(cè)試裝置的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性,將目標(biāo)力設(shè)計(jì)成方波信號(hào)輸入,觀(guān)察恒力裝置的輸出,通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到恒力裝置的力跟隨輸出平均響應(yīng)時(shí)間為53.6ms、最大超調(diào)量平均值為調(diào)節(jié)幅度的11.15%,動(dòng)態(tài)性能表現(xiàn)優(yōu)秀。最后對(duì)裝置進(jìn)行打磨實(shí)驗(yàn),裝置在打磨工件時(shí)大部分時(shí)間測(cè)得力偏差絕對(duì)值保持在2N之內(nèi),偏差絕對(duì)值峰值為5N,打磨后工件表面比較光滑均勻,打磨效果良好。
【關(guān)鍵詞】：恒力打磨 被動(dòng)柔順 機(jī)器人 STM32 音圈電機(jī) PID
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TP242
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-13
• 第一章 緒論13-21
• 1.1 課題研究的背景及意義13-14
• 1.2 機(jī)器人恒力打磨國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析14-17
• 1.2.1 阻抗控制15-16
• 1.2.2 力/位混合控制16-17
• 1.2.3 被動(dòng)柔順17
• 1.3 被動(dòng)柔順打磨拋光裝置17-18
• 1.3.1 ACF自適應(yīng)法蘭17-18
• 1.3.2 RCC遠(yuǎn)程中心柔順裝置18
• 1.4 本文主要工作18-21
• 第二章 一維恒力裝置總體設(shè)計(jì)21-33
• 2.1 引言21
• 2.2 一維恒力裝置工作原理21-23
• 2.3 一維恒力裝置動(dòng)力輸出元件23-24
• 2.4 音圈電機(jī)動(dòng)力學(xué)建模與分析24-28
• 2.5 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案28-32
• 2.5.1 STM32微機(jī)平臺(tái)總體方案28-31
• 2.5.2 操作系統(tǒng)選擇31-32
• 2.6 本章小結(jié)32-33
• 第三章 一維恒力裝置電路及機(jī)械本體設(shè)計(jì)33-44
• 3.1 引言33
• 3.2 控制系統(tǒng)硬件33-39
• 3.2.1 硬件總體框架34-36
• 3.2.2 硬件電路設(shè)計(jì)36
• 3.2.3 機(jī)械本體設(shè)計(jì)36-39
• 3.3 傳感器通訊設(shè)計(jì)39-40
• 3.4 基于PCF8591的數(shù)據(jù)采集電路40-41
• 3.5 一維恒力裝置姿態(tài)檢測(cè)電路41-43
• 3.6 本章小結(jié)43-44
• 第四章 一維恒力裝置控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)44-56
• 4.1 引言44
• 4.2 一維恒力裝置軟件方案44-46
• 4.2.1 軟件層次結(jié)構(gòu)44-45
• 4.2.2 控制程序流程圖45-46
• 4.3 一維恒力裝置的PID控制算法設(shè)計(jì)46-50
• 4.3.1 PID控制原理46-48
• 4.3.2 音圈電機(jī)PID控制流程設(shè)計(jì)48
• 4.3.3 PID算法的改進(jìn)48-50
• 4.4 基于STM32的音圈電機(jī)控制實(shí)現(xiàn)50-53
• 4.4.1 音圈電機(jī)PWM控制51-52
• 4.4.2 基于STM32定時(shí)器的PWM脈沖發(fā)生器52-53
• 4.5 一維恒力裝置姿態(tài)實(shí)時(shí)檢測(cè)53-54
• 4.5.1 三軸陀螺儀與重力傳感器姿態(tài)檢測(cè)53-54
• 4.5.2 姿態(tài)傳感器數(shù)據(jù)的互補(bǔ)濾波算法54
• 4.6 本章小結(jié)54-56
• 第五章 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析及實(shí)驗(yàn)結(jié)果56-70
• 5.1 引言56
• 5.2 一維恒力裝置標(biāo)定56-60
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)方案及步驟56-57
• 5.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)分析57-60
• 5.3 一維恒力裝置接觸力跟蹤實(shí)驗(yàn)60-64
• 5.3.1 實(shí)驗(yàn)測(cè)試方案及步驟60-62
• 5.3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)分析62-64
• 5.4 恒力打磨實(shí)驗(yàn)64-68
• 5.4.1 實(shí)驗(yàn)方案及步驟65-66
• 5.4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)分析66-68
• 5.5 實(shí)驗(yàn)總結(jié)68-70
• 總結(jié)與展望70-72
• 總結(jié)70-71
• 展望71-72
• 參考文獻(xiàn)72-76
• 攻讀碩士學(xué)位期間成果76-78
• 致謝78-79
• 附錄79-86
• 力傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)79-82
• 部分階躍響應(yīng)波形圖82-86

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本文編號(hào)：288065