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基于力反馈的机器人去毛刺离线编程轨迹实时控制系统研究

马靖涛  
【摘要】:机械零件上残留的毛刺不仅影响零件的使用性能,还对零件后续加工带来累积误差。传统的人工去毛刺方法已不能满足要求,采用工业机器人代替人工进行去毛刺能有效地降低成本、提高生产效率、保证生产质量,且采用机器人离线编程能有效克服由于机器人示教编程导致的效率低、生成轨迹精度低、无法生成复杂轨迹等缺陷。然而离线编程又会因零件毛坯尺寸和定位误差,导致离线编程轨迹不能与实际情况完全吻合。本文提出了在机器人去毛刺离线编程轨迹的基础上,结合力传感器反馈数据,实现恒力的实时控制去毛刺系统。该系统不仅能实时修正轨迹,还能根据毛刺分布情况调整机器人加工进给速度,有效地提高了加工精度和效率。主要研究内容如下:首先,研究机器人刚体位姿描述和数学模型表示,以及机器人正逆运动学原理。重点介绍了机器人去毛刺离线编程轨迹的生成方法,生成了去毛刺离线编程轨迹,并验证其正确性。其次,基于力传感器采集信息进行重力补偿研究和机器人运动法向、切向接触力分解。提出了基于阻抗控制模型的法向恒力位移控制策略,以及基于切向恒力的速度控制策略,形成基于恒力的位移速度控制策略。再次,进行机器人去毛刺实验平台搭建,实验平台硬件系统由机器人本体及其控制系统、六轴力传感器数据采集系统和去毛刺电主轴刀具系统三部分组成。通过QT编程将硬件系统的控制集成于上位机,采用模块化形式进行控制。最后,设计了机器人去毛刺示教轨迹期望切削力实验,通过改变机器人进给速度,获得初始期望切削力。通过机器人法向位移控制策略实验,获得相对较佳的惯性参数、阻尼参数和刚度参数。结合实验参数,进行机器人去毛刺离线编程轨迹恒力控制实验,验证了系统的可行性及有效性。


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