【摘 要】
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大型复杂构件,如风电叶片、高铁白车身、新能源客车等在我国能源交通等领域有着广泛应用。随着我国制造业产业升级,用工业机器人替代人工进行大型构件打磨成为实现智能制造结构转变的关键一环。目前在机器人磨抛领域,存在的关键难点之一是对机器人磨抛接触力的控制。本文针对工业机器人磨抛加工,设计了安装于机器人末端的恒力控制装置,为实现机器人打磨过程中打磨工具的随形贴合且保持输出力恒定做出了新尝试。主要研究工作如下
【基金项目】
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国家重点研发计划（变革性）项目“大型复杂构件多机器人装备智能协同加工理论与方法”（项目号:2019YFA0706700）； 横向项目“机器人端面打磨末端工具研究”,合作单位:无锡中车时代智能装备有限公司；
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大型复杂构件,如风电叶片、高铁白车身、新能源客车等在我国能源交通等领域有着广泛应用。随着我国制造业产业升级,用工业机器人替代人工进行大型构件打磨成为实现智能制造结构转变的关键一环。目前在机器人磨抛领域,存在的关键难点之一是对机器人磨抛接触力的控制。本文针对工业机器人磨抛加工,设计了安装于机器人末端的恒力控制装置,为实现机器人打磨过程中打磨工具的随形贴合且保持输出力恒定做出了新尝试。主要研究工作如下:通过分析磨抛加工过程及磨抛压力模型,从理论上推导了磨抛压力对材料去除率的影响。结合实际功能需求,提出了以PLC为控制核心通过比例阀调节气压大小,从而控制气缸输出力的恒力装置工作原理。根据工作原理设计出了满足要求的装置机械结构及电气线路方案,建立了系统的气体质量流量模型和装置受力平衡模型,通过计算得到了系统的传递函数并分别从时域和频域对系统模型进行了稳定性分析。针对现有自适应模糊PID控制和模糊PID混合控制的不足,提出了模糊PID分级控制策略并在Matlab里面进行了仿真对比试验。在TIA portal中用PLC编程实现了模糊PID分级控制算法和装置数据采集功能,利用C#编写了上位机界面。搭建恒力装置样机的实验平台,在完成标定实验的基础上,对不同控制方案分别进行力控对比实验。实验结果表明,系统在模糊PID分级控制下的上升时间小于0.2s,稳态调节时间小于1.0s,输出力误差在?2N之内并且在外力碰撞试验中输出力波动控制在?5N之内。恒力装置具有自动行程补偿和输出力调节的功能,控制精度达到实际要求,验证了本文设计的恒力控制装置的实用性。
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