葉片的加工質(zhì)量直接影響著汽輪發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和壽命。目前將機(jī)器人應(yīng)用于葉片型面等已知結(jié)構(gòu)的自動(dòng)化拋光技術(shù)已較為成熟,但是對(duì)于葉緣、阻尼臺(tái)等較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu),由于機(jī)器人編程復(fù)雜且配置困難,仍然以人工拋光為主,效率較低且無(wú)法保證表面一致性。本文針對(duì)具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)葉片的機(jī)器人拋光問(wèn)題,提出了一種基于人-機(jī)器人示教(Human-Robot Demonstration)輔助編程的機(jī)器人自動(dòng)化力控拋光方法,圍繞人-機(jī)器人示教的柔順性和機(jī)器人-環(huán)境接觸力控制兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)展開(kāi)了研究。本文具體研究?jī)?nèi)容如下:1.機(jī)器人控制模型構(gòu)建。針對(duì)工業(yè)常用的串聯(lián)型機(jī)器人進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析,在Matlab環(huán)境下分別建立了其運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型,然后分析了目前常用的運(yùn)動(dòng)控制和力控制框架,得出運(yùn)動(dòng)控制是力控制精度的保障的結(jié)論,提出采用“外環(huán)力控制+內(nèi)環(huán)運(yùn)動(dòng)控制”的機(jī)器人柔順控制的總體框架,以保證機(jī)器人的力控制精度,實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了所提方法的有效性。2.自適應(yīng)運(yùn)動(dòng)控制器設(shè)計(jì)與改進(jìn)。針對(duì)所提的柔順控制總體框架的內(nèi)環(huán)運(yùn)動(dòng)控制器,首先建立了笛卡爾空間下的驅(qū)動(dòng)力矩設(shè)計(jì)模型,采用比例微分(PD)控制器實(shí)現(xiàn)了笛卡爾空間下的軌跡跟蹤控制。然后采用魯棒自適應(yīng)PD控制器,提高了軌跡跟蹤精度和魯棒性。最后提出徑向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制方法,無(wú)需提前對(duì)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行線性化處理,超調(diào)量降低90%以上,軌跡跟蹤精度得到進(jìn)一步提升。3.基于意圖預(yù)測(cè)的人-機(jī)器人柔順示教。針對(duì)人-機(jī)器人交互過(guò)程中的柔順性問(wèn)題,首先建立了人-機(jī)器人交互系統(tǒng)的線性二次型調(diào)節(jié)器模型,并采用積分強(qiáng)化學(xué)習(xí)方法對(duì)阻抗參數(shù)進(jìn)行在線優(yōu)化,降低了操作力,提高了柔順性。為了消除阻抗模型帶來(lái)的延時(shí),提出了一種基于意圖預(yù)測(cè)的力前饋補(bǔ)償方法,較未采用前饋補(bǔ)償?shù)那闆r操作力降低90%,位置跟蹤精度也得以提升。4.復(fù)雜結(jié)構(gòu)環(huán)境恒力跟蹤研究。針對(duì)與環(huán)境接觸時(shí)的恒力控制問(wèn)題,首先提出了一種基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的恒力跟蹤方法,經(jīng)過(guò)多次離線訓(xùn)練可以將力跟蹤誤差控制在10%以內(nèi)。然后提出了一種基于參考軌跡在線修調(diào)的恒力跟蹤方法并對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn),實(shí)現(xiàn)了在線的恒力跟蹤控制。由實(shí)驗(yàn)可知力控精度較改進(jìn)前提升了30%。最后進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明前饋補(bǔ)償人-機(jī)器人交互方法可有效提高機(jī)器人柔順性,改進(jìn)的參考軌跡在線修調(diào)方法可以實(shí)現(xiàn)較高精度的恒力跟蹤。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TP242
【部分圖文】：

(a)拋光過(guò)程 (b)拋光結(jié)果圖 1-2 人工拋光葉片[2]了實(shí)現(xiàn)難加工部位的自動(dòng)化拋光，一種可行方案是采用專(zhuān)用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行，數(shù)控機(jī)床拋光示意圖如圖 1-3 所示。然而專(zhuān)用數(shù)控機(jī)床只能針對(duì)某特定型進(jìn)行拋光，通用性較差，無(wú)法滿足各種型號(hào)的葉片的拋光工作。同時(shí)專(zhuān)用生產(chǎn)成本較高、技術(shù)復(fù)雜，而歐美發(fā)達(dá)國(guó)家在這一領(lǐng)域?qū)ξ覈?guó)實(shí)行了嚴(yán)密鎖，因而極大地阻礙了我國(guó)針對(duì)葉片研發(fā)專(zhuān)用數(shù)控機(jī)床的步伐，所以單單數(shù)控機(jī)床無(wú)法滿足國(guó)內(nèi)對(duì)各種各樣的汽輪機(jī)葉片的大量需求。

(a)拋光過(guò)程 (b)拋光結(jié)果圖 1-2 人工拋光葉片[2]了實(shí)現(xiàn)難加工部位的自動(dòng)化拋光，一種可行方案是采用專(zhuān)用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行，數(shù)控機(jī)床拋光示意圖如圖 1-3 所示。然而專(zhuān)用數(shù)控機(jī)床只能針對(duì)某特定型進(jìn)行拋光，通用性較差，無(wú)法滿足各種型號(hào)的葉片的拋光工作。同時(shí)專(zhuān)用生產(chǎn)成本較高、技術(shù)復(fù)雜，而歐美發(fā)達(dá)國(guó)家在這一領(lǐng)域?qū)ξ覈?guó)實(shí)行了嚴(yán)密鎖，因而極大地阻礙了我國(guó)針對(duì)葉片研發(fā)專(zhuān)用數(shù)控機(jī)床的步伐，所以單單數(shù)控機(jī)床無(wú)法滿足國(guó)內(nèi)對(duì)各種各樣的汽輪機(jī)葉片的大量需求。

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文逐漸在焊接、搬運(yùn)、噴涂、裝配、銑削、拋光等領(lǐng)域應(yīng)用越來(lái)越人葉片拋光技術(shù)盡管在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)得到了許多研究，仍無(wú)法完片的自動(dòng)化拋光。這是因?yàn)閱为?dú)利用機(jī)器人進(jìn)行葉片拋光還具片難加工部位的結(jié)構(gòu)參數(shù)難以精確測(cè)量，離線編程困難；（2）工藝配置困難、準(zhǔn)備周期長(zhǎng)，難以融入人的智慧經(jīng)驗(yàn)，不具備人的專(zhuān)業(yè)技能要求較高。結(jié)合工匠智慧與機(jī)器人精細(xì)加工的雙度柔性、自主編程、經(jīng)驗(yàn)沉淀的“能工巧匠”型機(jī)器人，是一思路。為了利用機(jī)器人實(shí)現(xiàn)對(duì)汽輪機(jī)葉片的拋光，本文將針對(duì)能柔順力跟蹤問(wèn)題進(jìn)行研究。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2859870