机器人抛光作业导纳控制设计与系统测试
工业机器人灵活性及重复效率高等特点在焊接、抛光等领域应用广泛。在抛光打磨领域，由于精度要求越来越高，单纯依靠机器人传统的位置控制已不能满足作业需求，因此接触力的柔顺控制对于机器人抛光作业具有重要意义。本文针对水龙头抛光作业中接触力平稳问题，设计了位置控制内环、导纳控制外环的控制系统，并通过仿真和实验测试控制系统的可行性。 首先，对抛光作业的需求进行分析，阐述实验的整体框架体系；通过 D-H参数和齐次坐标变换建立机器人的运动学模型，实现笛卡尔空间与关节空间的相互转换；基于拉格朗日原理建立二连杆机器人的动力学模型。 其次，设计导纳控制算法，建立接触力与速度之间的关系，并通过速度积分得到的位置修正期望位置；通过PID位置控制分别调节机器人两个关节的输入力矩，进而调节机器人末端与环境接触力。通过一阶参数灵敏度方法分析导纳控制算法各参数对系统输出的影响。为减小工件重力对力传感器测量误差的影响，设计重力补偿算法。 然后，建立二连杆机器人 ADAMS 虚拟样机，并在 MATLAB/SIMULINK中搭建了控制器，包含内环位置控制和外环导纳控制。通过MATLAB计算参数灵敏度，分析导纳参数对系统输出的影响规律。通过ADAMS与MATLAB联合仿真，开展位置控制和导纳控制测试，分析机器人末端执行器与外界环境接触力的变化。仿真表明，基于内环位置控制、外环导纳控制的控制策略比单独位置控制精度提高2.98%，并可保证机器人与外界的接触力稳定于期望力值。 最后，基于ABB机器人、ATI传感器、PC机搭建测试系统。利用Qt编程实现导纳控制算法，完成上位机界面的设计，并解决力传感器的重力补偿问题。分析抛光机及连接件对抛光作业产生的外部影响因素。进行手动牵引及机器人的抛光作业实验。实验表明，导纳控制可提高机器人的柔顺性，在水龙头抛光作业中可实现接触力的平稳控制。
系统测试;工业机器人;抛光作业;导纳控制;灵敏度分析;重力补偿
中国计量大学
硕士
控制工程
王斌锐;朱瑮
2018
中文
TP242.2
2019-04-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）