遥操作加工系统构架与从端机械手阻抗控制研究

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随着机器人技术和遥操作技术的发展,一些传统的由人工直接操作的加工工艺,逐渐被机器人或者机器人与人共存的系统所取代。本文讨论了遥操作式机器人加工系统的主要构成,以调节加工过程中接触力为目标,研究了从端机械臂的控制策略。主要基于二自由度机械臂模型,研究了阻抗控制算法,设计了相应的接触力控制方案,对控制算法进行了优化,搭建了机械臂模型仿真系统和相应的机械臂平台对控制算法进行验证。以抛光打磨加工工艺为例,为了提高加工精度,构建了加入力反馈式遥操作技术的加工工艺模型。分析了打磨抛光的加工原理,加工过程中接触力和位移以及相应的控制策略,力反馈式手控器的构成和与其相配合的新型磁啮合电机。建立机械臂模型,分析了机械臂末端与环境的力-位数学模型。研究了基础阻抗控制算法,仿真分析了阻抗控制算法中各个控制参数对控制系统的影响。针对控制系统要求模型精确以及控制参数选择繁琐等问题,研究了自适应控制和模糊控制并将其加入到阻抗控制中去,证明了自适应阻抗的控制稳定性,仿真验证了自适应控制和模糊控制对阻抗控制系统的提升。搭建含多维力-位检测功能的三自由度坐标式机械臂实验台,实际测量了所用传感器的各项参数,根据传感器的形状设计了相应的连接结构,将其固定在机械臂末端并解决了由弯矩所引起的问题。将所研究的控制算法在搭建的机械臂平台上进行验证,分析机械臂运行情况。本课题的研究,对未来力反馈式遥操作机器人的研究提供了理论和实验依据,对机器人控制进一步发展应用具有使用意义。
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