基于力位控制的全自动弓片打磨工艺优化研究

作     者：张宇 

作者单位：盐城工学院 

学位级别：硕士

导师姓名：周临震;李亮

授予年度：2024年

学科分类：08[工学] 0822[工学-轻工技术与工程] 

主      题：复合弓片 力位控制 工艺参数优化 轨迹优化 

摘      要：目前高水平射箭运动对弓片的性能要求越来越高,对其表面质量的需求也日益提升。弓片主要由碳纤维和竹子等材料叠层制作,目前我国弓片打磨工艺仍是以手工打磨为主,打磨效率低且粉尘污染严重。机器人砂带打磨是改善工人工作环境、提升效率的一项重要技术手段。然而,机器人在打磨过程中常常出现漏打少打、打磨不均匀等严重问题,这为碳纤维打磨加工提出了新的挑战。为此,本文开展了基于力位控制的全自动弓片打磨工艺优化研究,主要研究内容如下: (1)全自动弓片打磨系统总体设计 基于碳纤维复合弓片的材料特性和结构特点,设计了一套机器人砂带打磨系统,包括打磨机器人、气动夹具和砂带打磨机等关键组成部分;并确定了打磨方式、设备布局以及一套具体的打磨工序,实现了机器人对弓片的全自动打磨。 (2)机器人打磨系统工艺参数优化试验研究 基于搭建的机器人打磨平台进行了工艺参数优化试验,分析了砂带线速度、砂带目数、机器人进给速度对表面亮度和磨削厚度的影响。依据正交试验结果,采用极差分析法和方差分析法获得了弓片打磨的最优工艺参数。并建立了精度良好的表面亮度和磨削厚度的多元非线性回归数学模型,为复合弓片打磨工艺参数的优选提供了理论参考依据。利用机器人打磨测力平台对最优工艺参数下复合弓片打磨过程中的受力进行了测定,通过HSV算法识别打磨前后表面亮度,多次试验确定了最优打磨力并为有限元仿真提供数据参考。 (3)基于弓片最小变形原则的工艺研究 利用测定的最优打磨力,基于Abaqus有限元仿真软件,对弓片施加载荷,分析了不同载荷大小、施加载荷位置、夹持位置对弓片变形量的影响,得出了弓片表面节点的变形曲线,并为接下来机器人打磨轨迹补偿提供了数据支撑。 (4)机器人打磨轨迹优化 对机器人运动学进行分析,采用SDH参数法对ER15-1400机器人的正逆运动学进行求解,并在Matlab中仿真出机器人运动空间。采用导纳控制实现了机器人最优打磨力的恒定控制。同时根据Abaqus仿真出的弓片表面节点的变形数据,在Tecnomatix软件中对打磨环境进行了搭建并对打磨过程轨迹进行了离线编程。并结合试验验证,在力、位控制上提升了打磨效果和打磨效率。 本文研究了力位控制与工艺参数优化对弓片打磨效果的提升,为机器人打磨技术提供了理论参考。