磨削在工业领域中具有重要地位,随着科技发展,磨削方式正在向自动化和智能化方向发展。在磨削过程中保持磨削量的均匀性能有效提高工件的磨削质量,通过控制磨削工具与工件表面间的磨削接触力矩能达到控制磨削量的目的。本设计提出了一种基于阻抗控制算法的单自由度电驱柔顺磨削终端执行器,主要内容如下:(1)对比现存不同磨削作业方式间的区别和特点,分析机器人柔顺磨削终端执行器的国内外发展状况和趋势,提出了一种电驱单自由度柔顺磨削终端执行器。并以平面磨削方式为基础建立了磨削模型,提出了系统设计的总体功能要求和技术指标,包括机械结构功能要求和软硬件功能要求。(2)根据机械结构功能要求进行机械结构设计,包括位移调节机构、滑台和磨削机构,并根据结构参数选择了滑台、磨削用直流电机和轴向驱动用伺服电机。根据硬件功能要求选择硬件功能模块并搭建实验平台。(3)对力/位混合控制算法和阻抗控制算法进行对比分析,选用了基于位置的阻抗控制算法。提出了柔顺磨削终端执行器的控制模型,包括基于梯形速度规划算法的位置控制模块、磨削电机测速模块、真实力矩提取模块、力矩转换模块、PID控制模块以及阻抗控制模块等。(4)根据软件功能要求进行模块化程序设计,并对各个功能模块进行单独测试,包括测量磨削电机的角速度和角加速度,读取伺服电机的位置、速度和加速度信息,控制磨削终端执行器进行轴向往复运动,实现控制器间的通信,读取扭矩传感器测量值,实现PID控制算法和阻抗控制算法等。(5)测试轴向力和弯矩对扭矩传感器输出值的影响,测试并分析扭矩传感器的静态特性和动态特性。标定磨削工具、联轴器及磨削电机转轴三部分的转动惯量,并确定真实磨削力矩转换为等效轴向力的模型。进行恒力控制实验,由实验结论可知:本柔顺磨削终端执行器能够提供磨削工具与工件的接触柔顺性,并能够保证磨削力矩在较小范围内波动。由于本设计仅为单自由度的柔顺磨削终端执行器,为使本柔顺磨削终端执行器适应更复杂的工况,需向多自由度方向发展,同时还需不断优化程序的结构和算法以提高程序的鲁棒性。