基于力觉信息的工业机器人力跟随研究

随着机器人智能化要求的不断提高,需要工业机器人作业可同时满足机器人末端接触力和位置期望跟踪控制,以期具有更好的顺应外部环境的能力,提高作业效率和质量.为此,文中搭建了基于力传感信息的工业机器人力/位控制试验平台,通过在机器人末端安装六维力传感器,并在不同位姿建立机器人重力补偿系统,提出了基于力传感信息的力/位控制算法,完成了基于力传感器机器人末端的力跟随试验.通过试验证明了机器人能够根据力传感器反馈的信息实时地对末端位姿进行调整,实现了顺从外力的功能,同时验证了以此进行的力跟随控制算法的正确性和合理性.     

基于力/位混合控制的机器人打磨

为了研究打磨机器人在作业时的位置与法向力控制问题,在目前非恒力打磨的情况下,提出了位置与法向力配合控制打磨的方法。实现打磨的过程分为接触打磨、轨迹恒力打磨、凸起长效打磨。传统的力控制为基于伺服位置环的方式,在此基础上还进行了基于速度伺服的力/位混合控制方式研究。在基于速度环的控制方式上进行了基于末端传感器的力/位混合控制策略研究。对比传统机器人打磨方式,该控制方式在保持较高法向力控性能的基础上,还将末端力的反馈用于切向的位置控制,进一步提升了力控与位控性能。并对速度环的速度、位置环的位置两个量与末端传感器的力进行了转换关系求解,对力、位控制闭环反馈关系进行阐述并进行阶跃响应与正弦响应仿真,验证了该力控方法对打磨机器人的控制性能。     

机器人打磨系统力控补偿优化算法研究

针对目前打磨机器人在复杂环境中不能兼具磨削精度和顺应性等问题,提出了一种基于算法优化的机器人打磨系统力 控补偿方法。 首先,阐述了机器人打磨系统的力学特性及力控优化算法原理;然后搭建了实验系统,进行了机器人容许响应范 围及主动柔顺恒力磨削实验,最后,采用扩展 Kalman 滤波算法、最小二乘拟合算法和粒子滤波算法优化打磨力的实时补偿值, 并对比了各算法的补偿效果。 实验结果表明,通过力控补偿功能,在 20 mm 内可实现 100% 对系统结构误差的补偿;与设定期 望打磨力比较,平均相对误差为 5. 44% ;利用扩展 Kalman 滤波算法、最小二乘拟合算法和粒子滤波算法优化后平均误差分别降 低至 1. 20% 、1. 24% 和 1. 64% 。 拓展优化机器人协同力控系统的实时力/ 位补偿功能,将有助于提高机器人打磨系统的精度和 稳定性,为机器人技术的发展提供理论依据和技术支持。     

基于阻抗控制的工业机器人力控制方法

针对工业机器人的力控制问题,提出一种通过机器人运动轨迹补偿来间接控制接触力的阻抗控制算法.通过分析机器人末端与加工对象的接触模型设计控制系统.借助力传感器采集的力信号,将阻抗控制表达式进行离散化处理,由此计算轨迹修正值的表达式.对机器人运动轨迹补偿进行仿真,验证方法的可行性.通过进行机器人磨削试验,对比有力控和无力控的接触力波形图,验证了方法的有效性.     

基于阻抗控制的工业机器人力控制方法

针对工业机器人的力控制问题,提出一种通过机器人运动轨迹补偿来间接控制接触力的阻抗控制算法.通过分析机器人末端与加工对象的接触模型设计控制系统.借助力传感器采集的力信号,将阻抗控制表达式进行离散化处理,由此计算轨迹修正值的表达式.对机器人运动轨迹补偿进行仿真,验证方法的可行性.通过进行机器人磨削试验,对比有力控和无力控的接触力波形图,验证了方法的有效性.     

主动柔顺抛磨力在协作机器人的控制方法

提出了一种基于主动柔顺的机器人抛磨力控制方法,该力反馈末端执行器将被安装到ur协作机器人末端法兰的集成单元中。基于主动柔性装置的力/位混合控制策略,提出了抛磨系统控制装置控制机器人的位置并控制位置控制。通过集成一个力传感器,测量抛磨力并反馈给控制器,根据抛磨的预先计划要求对其进行调节。协作机器人末端执行器具有抛磨头,机器人控制器的力控算法操作抛磨头,从而实现恒力抛磨,以提供抛磨工具的柔度。在建模分析之后,使用复合非线性反馈控制算法来改善协作机器人本体的力控动态瞬时反映效果。经过实验表明,基于主动柔顺的机器人抛磨力控制算法可以有效的跟踪和补偿力和位置数据,具有较好的减振效果和显著的力跟踪效果。     

形位不确定回转腔体内壁表面的打磨

提出一种基于逆向工程和阻抗力控制的打磨方法来实现形位、刚度不确定回转腔体内壁表面的精确打磨操作.采用准在线激光测量方法对形位不确定回转腔体内壁表面进行粗、精测量,提取纵截线簇数据,处理后重构内壁曲面.联合阻抗力控制和智能控制方法,提出参考轨迹的模糊调节算法;采用激光探测内壁曲面信息计算参考轨迹,根据接触环境刚度变化,建立模糊调节规则;通过调节因子对当前控制周期的参考轨迹变化量进行调整,使机械手打磨头在回转腔体内具有柔顺控制能力,实现对形位、刚度不确定回转腔体内壁表面的精确打磨.搭建了机器人激光测量与打磨开放式试验平台,进行了力控制打磨试验研究.试验结果表明:采用准在线纵截线激光预测与测量,重构曲面模型的相对平均误差小于0.024％;采用模糊调节力控制算法对固体火箭发动机壳体绝热层内表面进行打磨,目标打磨深度为0.200mm时,打磨正压力相对误差小于±5％,回转腔体内表面打磨深度的相对平均误差为6.5％.结果显示所提方法可实现对具有复杂回转腔体内壁表面的精确打磨.     

基于卡尔曼滤波的机器人力控制

为解决机器人在打磨、装配等复杂作业环境下,其末端力传感器获取到的机器人本体与作业环境间的接触力信号存在干扰噪声影响的问题,设计了基于卡尔曼滤波的机器人力控制模型.通过搭建力控制模块,对比经典阻抗控制与基于卡尔曼滤波的机器人力控制下的接触力跟踪效果,分别搭建平面轨迹跟踪与曲面轨迹跟踪机器人可视化平台.经仿真验证发现,两种...     

基于绳驱并联机器人系统刚度的力/位混合控制

对8绳6自由度绳驱并联机器人进行支撑刚度分析，基于刚度模型进行了力/位混合控制研究。首先，对绳驱并联机器人进行系统描述；接着，根据矢量封闭原理进行运动学分析，并对动平台进行受力分析，推导出静力平衡方程；然后，在操作空间通过刚度矩阵建立负载变化与位姿变化之间的关系，推导出支撑刚度的解析表达式，进而分析了影响支撑刚度的因素。另外，考虑系统刚度、动平台位姿精度和力控制稳定性等因素，综合出力/位混合控制器。仿真结果表明，在系统刚度基础上提出的力/位混合控制策略有效降低了动平台的位姿误差。最后，通过实验验证了刚度模型与力/位混合控制策略的准确性和有效性。     

建筑钻孔机器人的振动与控制研究

针对建筑机器人在钻孔过程中由于钻头偏移引起振动的问题,对柔性关节机器人模型、钻削力、时延控制等进行了研究。提出了一种因钻头偏移而引起钻削力波动的理论,并引入PD_TDC控制方法来控制机器人的位姿来减少钻头偏移量,从而减少了振动;利用拉格朗日动力学方法,建立了柔性关节的机器人系统;利用动态前角的方法,建立了钻削力模型;基于Matlab/Simulink建立了三自由度特定位姿的平面进给机器人的仿真模型;利用PD_TDC控制方法,对进给过程中的转角偏移进行了快速的补偿。研究结果表明:该方法可以有效减小各关节转角的偏差,减小钻头偏移角度以及钻削力的变化范围,有效抑制振动,提高了孔的加工质量。     

Investigation of vibration effects on friction and axial force transfer of buckled rod constrained in a horizontal cylinder

The work examines the effects of frequencies of vibrations at different amplitudes on friction force, axial force transfer, and lock-up force of buckled rod constrained in a horizontal cylinder for different media under normal and high temperature environments. Studies have shown that vibrations induced in the rod have significantly reduced friction force, improved axial force transfer and deferred the initiation of critical buckling and lock-up forces for all media in normal temperature environment. Similar trends were observed at higher temperature environments; however, vibration parameters were less effective particularly on very high temperature. Results have also shown that frequency has a particular relationship with the friction force and axial force transfer and employing higher frequency would not improve the results.     

GPI based velocity/force observer design for robot manipulators

In many applications involving a robot in contact with a surface it is important to control the interaction between the manipulator and its environment, usually by employing force sensors. However, sometimes it is desirable to remove them due to a variety of reasons, e.g. high costs, noisy measurements and a narrow bandwidth. To overcome these drawbacks, in this work it is proposed as a velocity/force observer based on the Generalized Proportional Integral (GPI) technique. Joint velocities and contact forces are estimated with only position measurements and then used in a force/position control scheme. Ultimate boundedness of the observation errors is formally proven and an arbitrarily small ultimate bound is then achieved. Simulation results are used to validate the proposed approach.     

固着磨料双面研磨压力模糊自整定PID控制方法研究

以NUMPOWER1060数控系统为主控单元,结合力-位控制和模糊推理的特点,提出了一种模糊自整定PID参数的力-位控制方法。利用高精度扭矩传感器和力传感器对Z轴电机输出扭矩与研磨压力之间的关系进行了标定,通过检测Z轴输出扭矩间接获得了研磨压力的大小。根据Z轴进给速度调节因子uv对研磨压力的影响规律,建立了模糊控制规则集,设计了模糊控制PID算法,保证了研磨压力的恒定。工件研磨试验表明该方法提高了工件的表面质量。     

基于机械手的视觉/力混合控制研究

针对机械手对未标定的刚性环境的作用控制,给出一种基于位置的视觉和力混合控制策略。在视觉引导的阻抗控制下,机械手稳定接触目标工件;接触完全建立以后,再采用视觉和力同时控制。任务空间内的线性动态过程与标准的基于边缘的刚体跟踪器共同作用,该跟踪器把线性的误差动态提供给局部稳定观测器。实验和仿真结果证明了该方法的有效性。     

基于Stewart平台的6维力传感器各向同性的进一步分析

基于Stewart平台的并联结构6维力传感器由其上平台半径R1、下平台半径R2、连杆长L、上平台定位角θB及下平台定位角θA等5个结构参数确定,而该传感器的各向同性只与R1、R2、L及上下平台定位角之差θAB等4个结构参数有关,与θA、θB无关,对这一重要结论进行了论证.     

磨削机械手约束运动的力/位置混合控制

分析了磨削机械手的运动约束,建立了有约束动力学模型,提出了一种不用力反馈传感器的新型力／位置混合控制方案,并通过仿真验证了该方案的有效性。     

Indirect Cutting Force Measurement Considering Frictional Behaviour in a Machining Centre Using Feed Motor Current

In machine tools, friction exists between the table and the guideways, and in ballscrews. In this paper, feed motor current is measured by a hall effect current sensor. It is used to calculate the motor torque which, in turn, is the frictional torque at steady state. Some frictional phenomena are studied in feed drive systems of a horizontal machining centre, such as the relationship between feedrate and frictional torque, the relationship between frictional torque and table feed position, and the slideway cover effects on frictional torque. Considering all these frictional phenomena, the relationship between the feed force and the feed motor current is obtained. Feed force can be estimated well from the feed motor current considering frictional behaviour. The relationship between the cutting force and the feed motor current is slightly different during up milling and down milling, because y(vertical) directional cutting force changes the frictional force.     

新型机器人6维力／力矩传感器结构的刚度性能指标分析

提出了一种新颖的6维力/力矩传感器并联结构,应用并联机器人机构学理论求出其刚度矩阵,定义其刚度性能指标,并对其刚度性能指标进行分析计算,为该传感器的设计与应用提供理论依据。分析计算结果表明,该并联结构的6维力/力矩传感器是位移刚度和扭转刚度各项同性的,可应用到机器人手腕、手指和其它使用多维力/力矩传感器的场合。     

力-位置混合控制机器人工作任务描述中的几个问题

对力－位置混合控制机器人工作任务描述中的几个关键问题进行了较细致的研究,分析了机器人与操作对象间相互作用力产生的原因,讨论了工作任务的伪完成态问题,并对工作任务描述的完整性问题作了进一步的研究。研究结果表明只有掌握了工作任务描述的实质,并对任务执行过程有深入,完整的了解,才能圆满地完成工作任务描述工作。     

悬臂斗轮堆取料机配重的校核与调整

针对悬臂斗轮堆取料机配重的校核提出了1种间接测定接地力的方法,即通过悬臂升降液压缸上下油腔压力计算出液压缸受力,进一步推算出堆取料机的接地力,从而确定配重安装量。