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组合机床与自动化加工技术 2024年第1期 123-126,130页

作者：党选举袁以坤桂林电子科技大学电子工程与自动化学院桂林541004

针对机器人在打磨过程中环境刚度和位置未知,传统的阻抗控制难以有效保持打磨质量的问题,提出了一种基于调节参数神经网络自学习的阻抗控制。由于基于李雅普诺夫稳定性理论设计的阻尼参数补偿方法中调节参数的选取直接影响系统的控制性... 详细信息

针对机器人在打磨过程中环境刚度和位置未知,传统的阻抗控制难以有效保持打磨质量的问题,提出了一种基于调节参数神经网络自学习的阻抗控制。由于基于李雅普诺夫稳定性理论设计的阻尼参数补偿方法中调节参数的选取直接影响系统的控制性能,根据阻尼补偿的数学描述,构建神经网络,用于其参数自适应调节,设计不同的激励函数用于反映阻尼在多种因素影响下变化的特征。通过所搭建的神经网络在线学习,实现参数的优化,以适应打磨过程环境变化。在斜面、平面及曲面等不同环境下,考虑其刚度突变、刚度动态变化、期望力动态变化等因素的仿真实验,结果表明所提出的控制方法与传统控制方法相比,具有更小的超调和稳态误差,并能够适应环境参数未知的情况,明显提高打磨质量和效率。

关键词：阻抗控制工业机器人打磨未知环境变刚度神经网络

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机器人打磨自适应变阻抗主动柔顺恒力控制

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哈尔滨工业大学学报 2023年第12期55卷 54-65页

作者：郭万金于苏扬田玉祥赵立军曹雏清道路施工技术与装备教育部重点实验室(长安大学) 西安710064 机器人技术与系统国家重点实验室(哈尔滨工业大学) 哈尔滨150000 芜湖哈特机器人产业技术研究院有限公司博士后工作站安徽芜湖241007 长三角哈特机器人产业技术研究院安徽芜湖241007 安徽工程大学计算机与信息学院安徽芜湖241000

为解决工业机器人打磨过程中存在复杂时变非线性耦合与不确定性扰动导致机器人柔顺恒力打磨自适应调节能力不足的问题,首先给出了一种可实现沿轴向平移与旋转运动解耦的力控末端执行器,其次设计了一种自抗扰控制器和一种粒子群神经网络... 详细信息

为解决工业机器人打磨过程中存在复杂时变非线性耦合与不确定性扰动导致机器人柔顺恒力打磨自适应调节能力不足的问题,首先给出了一种可实现沿轴向平移与旋转运动解耦的力控末端执行器,其次设计了一种自抗扰控制器和一种粒子群神经网络变阻抗控制器分别作为内环控制和外环控制,在此基础上,提出了一种机器人自适应变阻抗主动柔顺恒力控制方法,用于在线自适应优化阻抗参数,动态调节打磨力修正量,实现机器人打磨作业自适应主动柔顺恒力控制。最后采用Lyapunov稳定性理论分析证明了所提出方法的闭环稳定性。通过机器人打磨系统虚拟样机联合仿真实验和机器人平台实物实验,验证了所提出方法的有效性。实验结果表明,所提方法能够较好实现静态与动态期望打磨力跟踪,减小了打磨力波动、力超调量以及打磨初期打磨工具处的冲击力,提高了打磨力控制系统抗扰动稳定性、恒力跟踪性能和动态响应能力,对复杂多变工况机器人打磨作业具有较强的适应性与鲁棒性。

关键词：工业机器人打磨恒力控制主动柔顺自适应变阻抗机器人末端执行器

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卫生陶瓷打磨机器人力控法兰设计与研究

卫生陶瓷打磨机器人力控法兰设计与研究

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作者：姜鸿雅江西理工大学

学位级别：硕士

近些年,随着工业自动化的普及和人工成本的增加,以及机器人技术的迅速发展,越来越多的机器人代替人工从事生产劳动作业。在卫生陶瓷行业中的干胚打磨作业特点是粉尘浓度高,噪声大,工作环境比较恶劣,会给工人的身体健康带来严重的影响。... 详细信息

近些年,随着工业自动化的普及和人工成本的增加,以及机器人技术的迅速发展,越来越多的机器人代替人工从事生产劳动作业。在卫生陶瓷行业中的干胚打磨作业特点是粉尘浓度高,噪声大,工作环境比较恶劣,会给工人的身体健康带来严重的影响。机器人具有力与位置控制耦合的特性,使得机器人在与环境进行交互过程中的接触力控制一直是个难点。因此本文针对卫生陶瓷打磨行业中机器人打磨接触力控制问题进行研究,设计了一种被动柔顺控制方式的基于工业机器人为载体的力控法兰来应用于卫生陶瓷打磨行业,其把机器人力与位置控制实现解耦,单独对机器人的输出接触力进行控制研究而不考虑其运动控制,降低了研究的难度。根据课题的需求,设计卫生陶瓷打磨机器人系统和工作流程。然后进行力控法兰的设计,分析其工作性能要求和其工作原理。根据上述工作需求设计力控法兰的机械结构,力控法兰采用气动控制方式,因而设计其气动管路,完成了力控法兰的本体设计。对所设计的力控法兰本体进行数学建模分析,对其主要器件比例调压阀和低摩擦气缸进行了分析,根据比例调压阀的流量特性和低摩擦气缸的流量特性,以及整个装置的动力学特性,进行综合分析得到力控法兰的系统数学模型。然后对该数学模型进行系统稳定性分析,通过分析其相位裕度与幅值裕度,从而证明了该系统具有稳定性。根据所设计的力控法兰进行输出接触力控制方法研究,由于该系统为非线性系统,在模糊控制理论的基础上设计了模糊控制器,同时结合PID控制设计模糊PID串行控制器,通过使用MATLAB中的模糊推理系统编辑器,完成力控法兰模糊PID控制器设计,经过Simulink仿真得到模糊PID控制器具有更强的性能。搭建卫生陶瓷打磨机器人系统的实验平台,设计卫生陶瓷打磨机器人的硬件平台以及设计力控法兰的硬件和软件平台,搭建了基于Labview的上位机软件控制器。使用RoboArt离线编程软件编译运行轨迹,获得机器人打磨运行代码。基于所搭建的实验系统平台,开展力控法兰输出接触力实验研究,分别采用所设计的模糊控制与模糊PID控制进行正弦信号跟踪响应与阶跃信号响应实验,并对实验结果进行分析,力控法兰采用模糊PID控制能够实现较优的性能效果。最后,进行恒力打磨实验,力控法兰可以较好的控制输出相对平稳的接触力。总体上验证了力控法兰设计的可行性,基本满足卫生陶瓷打磨对接触力控制的需求。

关键词：工业机器人打磨力控法兰接触力控制控制器上位机

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机器人主动柔顺恒力打磨控制研究

机器人主动柔顺恒力打磨控制研究

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作者：于苏扬长安大学

学位级别：硕士

随着工业机器人技术的发展,机器人逐渐被广泛应用于自动化打磨加工中小型形状工件。然而,这种应用面临着机器人柔顺恒力打磨自适应调节能力不足以及打磨非线性系统力波动影响打磨期望力跟踪效果等局限性。针对以上问题,本文对机器人主... 详细信息

随着工业机器人技术的发展,机器人逐渐被广泛应用于自动化打磨加工中小型形状工件。然而,这种应用面临着机器人柔顺恒力打磨自适应调节能力不足以及打磨非线性系统力波动影响打磨期望力跟踪效果等局限性。针对以上问题,本文对机器人主动柔顺恒力打磨控制方面开展研究。本文主要研究内容如下:设计了一种可实现沿轴向平移与旋转运动解耦的机器人力控末端执行器,用于构建机器人闭环恒力控制系统。并针对所设计末端执行器的结构,采用有限元仿真平台进行静力学分析、动力学分析和模态分析,验证了其结构有效性。同时,通过分析空间中的齐次变换矩阵在不同坐标系之间的相对位姿关系,完成了机器人正向和逆向运动学分析。该部分研究为机器人打磨控制系统建立和轨迹规划提供了结构基础和运动学理论依据。建立了打磨作业的材料去除函数模型,用于分析机器人打磨作业时影响工件材料去除率一致性和控制系统响应速度的影响因素,以及用于恒力打磨时对应的工件材料去除深度参数取值。同时,对多项式插值轨迹方法存在的缺陷和机器人打磨作业中材料去除特点进行分析,设计完成了跨段打磨轨迹前瞻插补轨迹规划。该部分研究为柔顺恒力控制方法的提出奠定了材料去除理论模型基础和轨迹规划理论基础。建立了基于位置的阻抗控制模型和基于二阶非线性系统的自抗扰控制器,并采用Lyapunov稳定性理论分析证明了自抗扰控制器收敛性和闭环稳定性。基于此,针对不同打磨作业环境和需求,提出了一种机器人自抗扰模糊变阻抗控制方法,解决打磨非线性系统力波动影响打磨期望力跟踪效果、打磨力动态变化对控制精度影响较大等问题。与此同时,提出了一种机器人自适应变阻抗主动柔顺恒力控制方法,解决机器人打磨过程中存在复杂时变非线性耦合与不确定性扰动导致机器人柔顺恒力打磨自适应调节能力不足的问题。搭建了机器人打磨系统虚拟样机联合仿真平台,进行静态与动态期望打磨力跟踪实验和不同打磨工况环境下打磨力跟踪实验,验证了所提出方法的有效性。搭建了机器人打磨实验平台,开展所提出两种柔顺恒力控制方法对比实验、静态与动态期望打磨力跟踪实验和稳定打磨阶段的末端执行器打磨工具位移量对比实验。通过实验验证了所提出方法的有效性。本文为机器人打磨作业柔顺恒力控制提供了有益探索。

关键词：工业机器人打磨主动柔顺恒力控制自适应变阻抗力控末端执行器

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机器人打磨在线轨迹预测与恒定打磨力自适应控制研究

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作者：赵伍端长安大学

学位级别：硕士

近年来,机器人自动化产线技术逐渐占据制造业的主导地位,应用机器人完成打磨加工作业,可节省人工成本,改善工人作业环境。然而,由于机器人打磨作业对顺性要求较高,其人工可替代性较低,与实现工件全工序和全自动化打磨作业的迫切需求存... 详细信息

近年来,机器人自动化产线技术逐渐占据制造业的主导地位,应用机器人完成打磨加工作业,可节省人工成本,改善工人作业环境。然而,由于机器人打磨作业对顺性要求较高,其人工可替代性较低,与实现工件全工序和全自动化打磨作业的迫切需求存在较大差距。同时,在已知工件精确的几何曲面先验模型前提下,还需生成打磨轨迹规划和进行打磨力稳定控制,才能较好地执行打磨作业。因此,为提高机器人打磨作业的高自动化及柔顺性,本文对机器人打磨在线轨迹预测和自适应恒力控制开展了深入研究。主要研究工作如下:(1)为提高机器人打磨的柔顺性,本文设计一种机器人柔顺浮动打磨力控末端执行器,构建机器人力控打磨系统的虚拟样机;分析打磨系统工具与工件之间的阻抗特性,然后搭建以导纳控制为基础的恒定打磨力控制器。(2)针对无先验模型曲面工件打磨作业,为提高曲面法线实时跟踪性能,本文提出一种无先验模型曲面的机器人打磨主动自适应在线轨迹预测方法。该方法根据打磨工具与工件的接触状态预测曲面法线方向,以一种有向进给平面与曲面切平面的截交线作为进给导向,自适应在线预测机器人打磨系统末端执行器的位姿,使末端执行器主轴轴线实时主动跟踪曲面法线,实现对无先验模型曲面工件的机器人打磨轨迹主动自适应在线预测。分别通过仿真和实验分析,验证所提出方法的有效性。(3)工业机器人打磨系统面向未知或少信息接触环境下曲面工件进行打磨作业时,通常对打磨过程中多变工况的自适应性较差。本文提出一种基于集成概率模型EPM(ensemble probabilistic model)的强化学习主动自适应变导纳控制方法,并以此方法构成一种机器人强化学习自适应恒定打磨力控制器。根据打磨作业中的接触状态信息,利用Bootstrapping方法获取小量数据的多次采样样本,训练机器人打磨系统工具与工件交互时的集成概率模型EPM,采用协方差矩阵自适应进化策略CMA-ES(covariance matrix adaptation evolution strategy)求解最优导纳参数,实现曲面工件的强化学习自适应恒定打磨力控制,从而自适应调整工具与工件之间的阻抗特性,提高机器人柔顺打磨作业的自适应性。最后,通过虚拟样机仿真,验证该方法的有效性。

关键词：工业机器人打磨在线轨迹预测曲面法线跟踪强化学习自适应打磨力控制无先验模型曲面

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面向LED灯具行业的力控打磨系统设计

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自动化应用 2020年第9期 54-55,58页

作者：冯显镰蒋明华辛曼玉丁度坤李庆森广东汇兴精工智造股份有限公司广东东莞523000

随着工业机器人技术的快速发展,工业机器人应用在高难度生产作业的案例越来越多。在3C行业中的产品打磨与抛光作业是具有工作环境差、噪声大、粉尘颗粒多等特点,为了保障工人的身体健康,从而引入机器人从事打磨作业。由于单一的打磨装... 详细信息

随着工业机器人技术的快速发展,工业机器人应用在高难度生产作业的案例越来越多。在3C行业中的产品打磨与抛光作业是具有工作环境差、噪声大、粉尘颗粒多等特点,为了保障工人的身体健康,从而引入机器人从事打磨作业。由于单一的打磨装置已无法满足工业要求,所以设计一种柔性打磨装置,对工件控制输出恒定的接触力,同时并在六轴机器人末端执行器安装了巴斯勒相机对工件进行图像采集和优化打磨路径,实现自动打磨LED灯具的各种曲面与拐角。在引入机器人恒力打磨后,打磨的效果得到了显著的提高。

关键词：工业机器人打磨力控打磨接触力控制控制器

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