【摘要】：近年來現(xiàn)代制造業(yè)在自動化、智能化方向取得了長足的進步,工業(yè)機器人在加工生產中也扮演著日益重要的角色。對于弱剛性構件,如果采用單側機器人加工,在加工時由于工件剛性較弱會產生較大的變形,難以保證加工表面質量和精度。雙機器人對側互為支撐加工為弱剛性構件加工提供了新的解決方案。本文基于阻抗控制策略,提出一種針對弱剛性構件磨拋的雙機機器人對側順應控制策略,利用鏡像加工力的相互抵消,減小工件在加工中的受力變形,并通過順應控制策略解決加工中出現(xiàn)的過磨問題,達到提升表面加工質量、降低次品率的目的。本文主要研究內容如下:首先,對六自由度協(xié)作機器人的運動學與動力學建模方法進行研究。針對本文所涉及的UR5機器人,完成正逆運動學建模,并利用微分運動學求解UR5機器人的定位誤差補償模型以及Jacobi矩陣。最后針對空間三自由度機器人模型,完成動力學建模,建立機器人構型與關節(jié)力矩間的映射關系。其次,針對加工中存在的過磨與剛性碰撞問題,提出一種基于位置阻抗控制原理的機器人順應控制策略。對單側機器人,以關節(jié)角速度增量為控制量設計控制器,并且根據(jù)外力矩與控制量之間的映射關系提出了線性與非線性兩種控制策略。對雙機器人加工系統(tǒng),以兩側機器人的交互力作為力反饋閉環(huán)的輸入,分別提出線性與非線性控制策略,并且通過仿真驗證各控制器的軌跡跟蹤與力順應性能,證明控制策略的有效性。接著,基于機器人的運動學與動力學模型,分別從運動范圍與響應速度兩個方面對最佳順應關節(jié)進行選取。針對各控制策略中力響應特性的不同,對不同參數(shù)下控制器的穩(wěn)定性進行分析,選取最優(yōu)的控制器參數(shù),提升了控制系統(tǒng)的魯棒性。最后,利用雙目視覺標定平臺完成了兩側機器人的結構參數(shù)標定,提升機器人的絕對定位精度。利用雙機力控打磨平臺,對單側加工與雙機對側加工分別進行研究。通過分析機器人在加工時末端力與力矩的變化情況,對比各組參數(shù)下的表面加工質量,確定兩側機器人剛度非對稱時對應的控制器參數(shù)為最優(yōu)的控制器參數(shù),證明了理論分析的結論。
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP242
【圖文】：

2017YFB1301504，2017.12-2019.12。.2 研究背景隨著人類社會科技實力的提升，對制造業(yè)的智能化、高效化、環(huán)�；�、經濟化提出更高的要求，傳統(tǒng)的工業(yè)生產模式已經不能滿足不斷進步的生產力的需要。2013 年，國工業(yè)界提出了“工業(yè) 4.0”戰(zhàn)略，我國也相應的推出了“智能制造 2025”的戰(zhàn)略方針，志著傳統(tǒng)制造業(yè)向智能化、高效化、經濟化的轉型。而工業(yè)機器人作為現(xiàn)代化工業(yè)中主要加工載體，將扮演日益重要的角色，代替人力承擔越來越多的加工任務[1]。2015 年，我國工業(yè)領域擁有機器人的數(shù)量已達到 26.29W 臺，2018 年上升至 40.15W，在全球工業(yè)機器人市場中的占有量已經超過 25%[2]。目前在國內，機器人已經在磨鉆孔、倉儲物流、汽車制造、焊接噴涂等高端工業(yè)領域扮演著重要的角色[3]。對于磨拋加工，目前固定安裝模式下的工業(yè)機器人已經在國內外工業(yè)環(huán)境磨拋加工得到了廣泛地使用，機器人四大家族（KUKA、FANUC、ABB）已經將各自的機器人品以及控制系統(tǒng)成功地引入多種復雜表面結構件，如航空葉片、小型模具的打磨加工，降低了人為操作成本并且取得了不錯的加工效果（圖 1-1，圖 1-2）。

2017YFB1301504，2017.12-2019.12。.2 研究背景隨著人類社會科技實力的提升，對制造業(yè)的智能化、高效化、環(huán)�；⒔洕岢龈叩囊�，傳統(tǒng)的工業(yè)生產模式已經不能滿足不斷進步的生產力的需要。2013 年，國工業(yè)界提出了“工業(yè) 4.0”戰(zhàn)略，我國也相應的推出了“智能制造 2025”的戰(zhàn)略方針，志著傳統(tǒng)制造業(yè)向智能化、高效化、經濟化的轉型。而工業(yè)機器人作為現(xiàn)代化工業(yè)中主要加工載體，將扮演日益重要的角色，代替人力承擔越來越多的加工任務[1]。2015 年，我國工業(yè)領域擁有機器人的數(shù)量已達到 26.29W 臺，2018 年上升至 40.15W，在全球工業(yè)機器人市場中的占有量已經超過 25%[2]。目前在國內，機器人已經在磨鉆孔、倉儲物流、汽車制造、焊接噴涂等高端工業(yè)領域扮演著重要的角色[3]。對于磨拋加工，目前固定安裝模式下的工業(yè)機器人已經在國內外工業(yè)環(huán)境磨拋加工得到了廣泛地使用，機器人四大家族（KUKA、FANUC、ABB）已經將各自的機器人品以及控制系統(tǒng)成功地引入多種復雜表面結構件，如航空葉片、小型模具的打磨加工，降低了人為操作成本并且取得了不錯的加工效果（圖 1-1，圖 1-2）。

圖1-5雙機器人風電葉片對側加工系統(tǒng) 圖 1-6 丹麥多機器人龍門加工系統(tǒng)因此，本文旨在完成雙機器人對弱剛性構件磨拋加工中的阻抗控制，解決以下幾個問題：1）弱剛性構件加工時受力變形量較大，理想軌跡難以跟蹤；2）對側雙機器人加工交互力過大，導致加工剛度過大，加工質量下降；3）理想軌跡與工件表面不貼合導致的過磨或者欠磨現(xiàn)象。通過解決以上問題，將雙機器人加工系統(tǒng)用于薄壁件的加工，可以為磨拋薄壁弱剛性構件提供一種良好的解決方案，提升表面加工質量和加工效率。因此，本課題的研究具有廣闊的應用前景。1.4 國內外研究現(xiàn)狀1.4.1 雙機協(xié)作國內外研究現(xiàn)狀國外對于雙機器人協(xié)作技術在制造業(yè)中的應用研究開始較早。日本名古屋大學的吉田英博等人于 1995 年利用雙臂機器人對薄壁鋁板進行加工，研究了加工件在加工中的

【參考文獻】

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本文編號：2780792