機(jī)器人打磨自由曲面的輪廓跟隨恒力控制算法研究.pdf

1、市場(chǎng)上傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人都是基于位置控制的，它能很好地完成如噴釉、搬運(yùn)和焊接等非接觸或者對(duì)接觸力大小沒(méi)嚴(yán)格要求的工作。但是，對(duì)于打磨和拋光的應(yīng)用來(lái)說(shuō)很小的位置誤差都會(huì)產(chǎn)生很大的接觸力變化。通常由于軌跡規(guī)劃的誤差，有的地方因?yàn)榇蚰チμ《鴽](méi)有達(dá)到期望的打磨效果，有的地方因?yàn)榇蚰チμ蠖鴮?dǎo)致工件的損壞。因此，對(duì)接觸力控制精度有嚴(yán)格要求的打磨和拋光工作來(lái)說(shuō)工業(yè)機(jī)器人根本無(wú)法使用。本文針對(duì)陶瓷素坯打磨和不銹鋼制品拋光的應(yīng)用，開(kāi)發(fā)基于位置控制的機(jī)器

2、人力控制算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)剛度和形狀參數(shù)未知的曲面輪廓跟蹤與恒力控制。
　　首先，對(duì)機(jī)器人打磨曲面的過(guò)程進(jìn)行受力分析，分別在自由空間和受力空間建立基于位置的阻抗控制方法。通過(guò)機(jī)器人的位置和姿態(tài)修正來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人與環(huán)境的接觸力控制，并對(duì)打磨過(guò)程中針對(duì)機(jī)器人的打磨工具與工件的干涉問(wèn)題提出了相應(yīng)的軌跡修正方法。
　　然后，通常我們難以建立6R機(jī)器人精確的動(dòng)力學(xué)模型，這會(huì)對(duì)阻抗控制算法的力控制效果造成干擾。因此，本文將使用平面2R機(jī)器人作為

3、仿真對(duì)象，根據(jù)平面2R機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)方程再結(jié)合阻抗控制的數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)出機(jī)器人與環(huán)境接觸的動(dòng)力學(xué)方程，建立了傳統(tǒng)阻抗控制的仿真模型和自由空間的阻抗控制仿真模型。另外，為了提高力控制的精度和魯棒性，在受力空間的阻抗控制模型中提出了基于模糊PI的力閉環(huán)阻抗控制方法，并建立了仿真模型。
　　其后，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)分析阻抗控制器的參數(shù)(慣性矩陣、剛度矩陣和阻尼矩陣)對(duì)接觸力控制的影響。另外，通過(guò)不同剛度的環(huán)境分別對(duì)傳統(tǒng)阻抗控制方法和本文

4、提出的阻抗控制方法進(jìn)行仿真對(duì)比實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證本文提出的阻抗控制方法對(duì)接觸力控制的效果。
　　最后，基于安川的 HP20D機(jī)器人本體和固高的控制器搭建機(jī)器人與環(huán)境接觸的力控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并對(duì)力傳感器采集的力信號(hào)進(jìn)行濾波和重力補(bǔ)償處理；通過(guò)阻抗控制算法實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的柔性化，改善人機(jī)交互的性能；通過(guò)機(jī)器人與自由曲面接觸的實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證本文提出的基于模糊PI的力閉環(huán)阻抗控制方法能實(shí)現(xiàn)對(duì)剛度和形狀參數(shù)未知的曲面輪廓跟蹤和接觸力的控制。通過(guò)與傳統(tǒng)阻抗控制