工业机器人抛光作业的主动柔顺控制系统

张继尧; 韩建海; 刘赛赛; 李向攀

doi:10.13433/j.cnki.1003-8728.20180245

工业机器人抛光作业的主动柔顺控制系统

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180245

张继尧^1,,
韩建海^1,2, ,,
刘赛赛³,
李向攀^1,2

1.
河南科技大学机电工程学院, 河南洛阳 471003
2.
河南省机器人与智能系统重点实验室, 河南洛阳 471003
3.
郑州科技学院, 郑州 450000

详细信息

作者简介:
张继尧(1992-), 硕士研究生, 研究方向为机器人控制技术, 987850278@qq.com

通讯作者:
韩建海, 教授, 博士生导师, jianhaihan@haust.edu.cn

中图分类号: TP242.2
计量
- 文章访问数: 460
- HTML全文浏览量: 269
- PDF下载量: 41
- 被引次数: 0
出版历程
- 收稿日期: 2018-08-03
- 刊出日期: 2019-06-01

Active Smoothing Control System for Industrial Robot Polishing Operations

Jiyao Zhang^1
,,
Jianhai Han^{1,2
, ,},
Saisai Liu³,
Xiangpan Li^1,2

1.
School of Mechatronics Engineering, Henan University of Science and Technology, He'nan Luoyang 471003, China
2.
Henan Key Laboratory of Robot and Intelligent System, He'nan Luoyang 471003, China
3.
Zhengzhou Institute of Science and Technology, Zhengzhou 450000, China

摘要

摘要: 针对抛光作业过程中的恒力问题，研究了工业机器人恒力抛光作业的主动柔顺控制系统。通过六维力传感器对采集到的力信号进行了滤波、重力补偿，得到抛光工具与工件间的实际接触力；采用模糊PID控制策略，控制恒力补偿装置实现柔顺位置补偿，保证抛光工具与工件间恒定的接触力，从而完成机器人对工件柔顺恒力抛光作业的要求。该方案可以满足抛光机器人对位置和力分别控制的要求。
- 工业机器人 /
- 接触力 /
- 模糊PID控制 /
- 抛光作业
Abstract: Aiming at the problem of constant force demand in the process of polishing, the active and compliant control system of constant force polishing of industrial robots is studied. Through the six-dimensional force sensor, the collected force signal is filtered and compensated by gravity, and the actual contact force between the polishing tool and the work pieces is obtained. The fuzzy PID control strategy is adopted to control the constant force compensation device to achieve the smooth position compensation, to ensure the constant contact force between the polishing tool and the workpiece, so as to complete the requirements of the robot on the workpiece smooth constant force polishing. The scheme can meet the requirements of position and force control of polishing robot respectively.
- industrial robots /
- contact force /
- fuzzy PID control /
- polishing operations

HTML全文

图 1 机器人恒力抛光系统组成

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 2 抛光工具的重力补偿受力分析图

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 3 简化气动系统模型

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 4 系统控制结构

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 5 气动抛光系统动态仿真模型

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 6 仿真效果图

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 7 恒力抛光作业试验台

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 8 接触力变化

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 9 气缸无杆腔气压变化

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 10 局部抛光前后对比照

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 11 抛光前粗糙度

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 12 抛光后粗糙度

下载: 全尺寸图片幻灯片

参考文献(16)

[1]	郭彤颖, 曲道奎, 徐方.机器人研磨抛光工艺研究[J].机械加工与自动化技术, 2006, 28(1):84-85 http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/xjsxgy200601025 Guo T Y, Qu D K, Xu F. Research on robot gringing and polishing processing technology[J]. New Technology & New Process, 2006, 28(1):84-85(in Chinese) http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/xjsxgy200601025
[2]	Wang G L, Wang Y Q, Zhang L, et al. Development and polishing process of a mobile robot finishing large mold surface[J]. Machining Science and Technology, 2014, 18(4):603-625 doi: 10.1080/10910344.2014.955372
[3]	李成群, 贠超, 彭伟, 等.机器人柔性抛光机床的研究[J].机械工程师, 2007(7):100-102 doi: 10.3969/j.issn.1002-2333.2007.07.053 Li C Q, Yun C, Peng W, et al. Research on the robot flexible polishing machine[J]. Mechanical Engineer, 2007(7):100-102(in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1002-2333.2007.07.053
[4]	谭福生, 葛景国.力控制技术在机器人打磨中的应用及系统实现[J].上海电气技术, 2008, 1(2):35-40, 48 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SHDQ200802011.htm Tan F S, Ge J G. Research on force-control-based robotic machining and its package implemenation[J]. Shanghai Electric Technology, 2008, 1(2):35-40, 48(in Chinese) http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SHDQ200802011.htm
[5]	汪源, 朱伟, 沈惠平.一种复杂曲面打磨机器人自适应贴合柔性机构研究[J].机械科学与技术, 2015, 34(8):1171-1176 http://journals.nwpu.edu.cn/jxkxyjs/CN/abstract/abstract6140.shtml Wang Y, Zhu W, Shen H P. Exploring adaptive polishing mechanism of a complex curved surface polishing robot[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2015, 34(8):1171-1176(in Chinese) http://journals.nwpu.edu.cn/jxkxyjs/CN/abstract/abstract6140.shtml
[6]	刘文波.基于力控制方法的工业机器人磨削研究[D].广州: 华南理工大学, 2014 Liu W B. Research on industrial robot grinding based on force control[D]. Guangzhou: South China University of Technology, 2014(in Chinese)
[7]	常健, 王亚珍, 李斌.基于力/位混合算法的7自由度机械臂精细操控方法[J].机器人, 2016, 38(5):531-539 Chang J, Wang Y Z, Li B. Accurate operation control method based on hybrid force/position algorithm for 7-DOF manipulator[J]. Robot, 2016, 38(5):531-539(in Chinese)
[8]	Sun Y Q. Development of a comprehensive robotic grinding process[D]. USA: University of Connecticut, 2004
[9]	禹鑫燚, 邢双, 欧林林.抛光工业机器人主动恒力装置设计研究[J].高技术通讯, 2017, 27(5):434-441 doi: 10.3772/j.issn.1002-0470.2017.05.007 Yu X Y, Xing S, Ou L L. Design and research of active constant force device for industrial polishing robots[J]. Chinese High Technology Letters, 2017, 27(5):434-441(in Chinese) doi: 10.3772/j.issn.1002-0470.2017.05.007
[10]	刘广保, 赵吉宾, 田凤杰.基于力控制的机器人研抛工艺研究[J].工艺与检测, 2015(2):119-123, 130 http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zzjsyjc201502037 Liu G B, Zhao J B, Tian F J. Study of robotic grinding and polishing finishing based on the force control[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2015(2):119-123, 130(in Chinese) http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zzjsyjc201502037
[11]	吴振顺.气压传动与控制[M].2版.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社, 2009 Wu Z S. Pneumatic drive and control[M]. 2nd ed. Harbin:Harbin Institute of Technology Press, 2009(in Chinese)
[12]	赵明.气动元件及系统的流量特性研究[D].杭州: 浙江大学, 2003 Zhao M. Flow characteristics of pneumatic components and systems[D].Hangzhou: Zhejiang University, 2003(in Chinese)
[13]	刘金琨.先进PID控制及其MATLAB仿真[M].北京:电子工业出版社, 2003 Liu J P. Advanced PID control and MATLAB simulation[M]. Beijing:Electronic Industry Press, 2003(in Chinese)
[14]	张琳, 刘婷婷, 申海.模糊控制在工业生产中的应用[J].信息技术, 2018(4):6-9 http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/xxjs201804002 Zhang L, Liu T T, Shen H. The application of fuzzy control in industrial production[J]. Information Technology, 2018(4):6-9(in Chinese) http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/xxjs201804002
[15]	常满波, 胡鹏飞.基于MATLAB的模糊PID控制器设计与仿真研究[J].机车电传动, 2002(5):34-36 doi: 10.3969/j.issn.1000-128X.2002.05.012 Chang M B, Hu P F. Design and simulation research of PID fuzzy controller based on MATLAB[J]. Electric Drive for Locomotives, 2002(5):34-36(in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1000-128X.2002.05.012
[16]	张立众, 马永翔.PID模糊控制器初始化的研究[J].哈尔滨商业大学学报, 2018, 34(2):205-208 doi: 10.3969/j.issn.1672-0946.2018.02.018 Zhang L Z, Ma Y X. Study on initialization of PID type fuzzy controller[J]. Journal of Harbin University of Commerce, 2018, 34(2):205-208(in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1672-0946.2018.02.018