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研抛大型自由曲面微小机器人控制系统研究

刘志新  
【摘要】: 吉林大学智能精密制造专业团队提出了一种新的技术思想,即利用小型装备对大型自由曲面进行精整加工。本文以研抛大型自由曲面微小机器人机械结构为基础,设计并开发了研抛机器人的控制系统。 研抛大型自由曲面微小机器人的整个控制系统分为运动控制系统、研抛压力控制系统及定位控制系统三部分。确定了该控制系统的硬件总体结构由上位计算机,Turbo PMAC2多轴运动卡及机器人定位系统组成。通过对研抛机器人控制系统具体功能的分析,提出了基于事件驱动的模块化体系结构。在该体系结构的基础上,将研抛机器人控制系统软件从层次上分为加工执行层和集中控制层。以Windows操作系统下的多线程技术为核心,完成了控制系统软件中人机交互、初始校准及集中控制模块等主体模块的开发。通过研究研抛加工的区域覆盖方法及机器人在研抛加工过程中的运动模式,提出了基于插补的研抛机器人轨迹跟踪控制方法,实现了微小研抛机器人对加工路径的有效跟踪。本文在研抛机器人压力控制系统硬件结构的基础上,建立了研抛压力输出的数学模型,采用基于PID控制算法的闭环方法实现了研抛加工的定压控制。从无/有研抛力输出两个方面对研抛机器人的动力学特性进行了分析,给出了机器人纵向运动模式和横向运动模式下的动力学模型,并以公式的形式描述了研抛力输出对机器人动力学特性的影响,为研抛大型自由曲面微小机器人的下一步深层次开发奠定了基础。实验证明本文设计并开发的微小研抛机器人控制系统可以有效实现研抛机器人的各种控制功能,完全能够满足利用移动机器人对大型自由曲面进行研抛加工的基本要求。


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