【摘 要】
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铝作为应用最广泛的有色金属之一,是工业发展中关键的基础材料,其冶炼生产对国家经济、军事、民生发展有着重大意义。铝锭铸造是电解铝冶炼的重要环节,其中的铝液打渣工序依靠人工作业效率低、成本高、隐患大,而要实现自动化作业,需要使装置在运动的铸模内捞渣,控制难度大。且自动打渣容易因装置机械形变、移位等不确定因素导致碰撞,影响系统可靠性。打渣工艺的落后限制了铝锭铸造自动化生产的发展,故亟需研发铝锭铸造自动打
【基金项目】
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国家重点研发项目《有色金属浇铸全流程的机器人生产线构建及应用（2018YFB1309005）》； 2019 年度兰州市“十大科技项目”《有色金属浇筑过程中清渣机器人关键技术研究及产业化》；
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铝作为应用最广泛的有色金属之一,是工业发展中关键的基础材料,其冶炼生产对国家经济、军事、民生发展有着重大意义。铝锭铸造是电解铝冶炼的重要环节,其中的铝液打渣工序依靠人工作业效率低、成本高、隐患大,而要实现自动化作业,需要使装置在运动的铸模内捞渣,控制难度大。且自动打渣容易因装置机械形变、移位等不确定因素导致碰撞,影响系统可靠性。打渣工艺的落后限制了铝锭铸造自动化生产的发展,故亟需研发铝锭铸造自动打渣系统,并解决运行中的碰撞问题,实现可靠稳定的自动化打渣作业。由此,本文针对铝锭铸造生产线的打渣工艺,采用机器人研发跟随作业的动态打渣系统,再针对碰撞问题,设计打渣机器人导纳控制系统并引入先进控制算法进行优化,最后通过MATLAB与Robot Studio联合仿真完成验证。主要研究内容如下:（1）铝锭铸造机器人打渣系统研发。利用编码器测速实现机器人对传送链的精确跟随,通过液位测算确定渣铲入液深度,规划机器人作业路径,搭建硬件系统,编写PLC、机器人程序,设计HMI上位界面,完成系统研发,解决机器人跟随作业控制及渣铲入液深度确定等关键问题,并通过现场调试运行验证系统的可行性、可靠性。（2）滑模导纳控制系统设计。针对机器人打渣系统出现的碰撞问题,考虑建模误差、环境干扰等不确定项建立机器人动力学模型,基于广义动量扰动观测器设计碰撞检测算法,搭建导纳控制系统,并在控制器中引入滑模控制算法（Sliding Mode Control,SMC）,设计基于SMC的机器人导纳控制系统,削弱机器人系统非线性、强耦合性、不确定性等因素影响,提高控制性能,实现机器人柔顺运行。（3）神经网络优化SMC导纳控制算法研究。采用径向基（Radial Basis Function,RBF）神经网络逼近机器人系统广义不确定项,设计单参数RBF网络自适应SMC导纳控制系统（RBF-SMC）,削弱滑模抖振,降低系统不确定性影响。并综合SMC导纳方法与RBF-SMC导纳方法的优缺点,设计碰撞触发的切换导纳控制系统,最大程度优化性能。（4）MATLAB与Robot Studio联合仿真。基于数字孪生的思想,在Robot Studio软件搭建机器人打渣系统虚拟平台,建立MATLAB与Robot Studio的socket通讯,将MATLAB算法结果导入Robot Studio机器人打渣系统进行仿真,检验所提方法的实际运行效果,实现高还原度映射现实物理系统的虚拟验证。
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