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基于机器人的玻璃自动打磨系统的设计与实现

叶永龙  
【摘要】:玻璃打磨工艺在玻璃制品生产中极为重要,是影响产品外观和质量的重要因素之一。如何实现玻璃高效率、高质量打磨以满足人类的需求成为当今制造业快速发展的关键问题。 在阅读和消化大量国内外文献资料的基础上,结合当前玻璃打磨的需求和现状,本文着手设计一种基于机器人的玻璃自动打磨系统。本文从硬件组成、软件控制、关键技术研究三个方面出发,全面系统地研究了玻璃打磨加工系统。成功设计了一种基于机器人的玻璃自动打磨系统,并为机器人打磨过程的力反馈控制建立了基本理论框架。 主要工作概述如下: 1)设计基于机器人的玻璃自动打磨系统,详细介绍系统组成和工作原理,采用机器人语言VAL3开发打磨软件,将工具系统标定、路径管理、信号控制、生产监控等集成一体,实现安全、便捷生产。 2)从机器人的结构、编程方法、通讯方式及控制算法等方面阐述机器人,运用D-H方法研究机器人正运动学问题,根据连杆变换矩阵推导机器人雅可比矩阵的微分求解法,并利用雅可比矩阵条件数指标对机器人工作空间可操作性能进行评价。 3)结合玻璃打磨的工艺及轨迹特点,对机器人持工件打磨类型的路径问题进行研究。根据加工过程机器人末端工具方向始终与运动轨迹切线方向保持一致的特点,得到了基于CPM运动模式的打磨路径程序。 4)重点研究了机器人打磨力的控制问题。使机器人在打磨作业中保持适当的恒定接触力,利用力反馈来增加机器人在打磨作业中的定位精度,提出力外环柔顺控制策略。根据力反馈闭环控制原理,设计以ATI压力传感器为核心的力检测装置,对机器人打磨力进行实时检测,并将接触力作为机器人末端在环境约束下的实际位置偏差的信息源。 5)玻璃打磨试验。通过试验得出:采用力反馈控制策略,机器人可以克服因玻璃上下料的位置误差对玻璃表面质量的影响。然后,分别进行玻璃打磨的正交实验和单因素实验,寻找出玻璃打磨加工的最佳工艺参数及各因素影响的主次关系。


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