基于视觉技术的铸件打磨机器人设计

通过分析铸件毛坯现有打磨技术的劣势,提出自动扫描三维重构铸件模型,获取工件3D点云数据,然后根据打磨工艺自动规划路径并进行离线编程,获得机器人运动程序,最后按照工艺路径自动完成铸件打磨的工艺方案。在综合考虑成本、功能、力学及干涉等各方面因素的基础上,确定打磨装备的整体布局形式,并对专用恒力打磨机构、视觉系统等关键部件作了详细设计与阐述。利用现有的机械设备、工业相机及线激光组成的视觉系统对实验工件进行三维模型重构,结果显示:模型尺寸精度在±0.1 mm以内,扫描速度为1 000 mm/min。打磨实验显示:打磨后工件表面粗糙度值小于Ra6.3μm,整个打磨表面平整度也满足检测需要,单台设备打磨效率达到人工的10倍左右。     

机器人恒力干磨削的材料去除深度建模

在机器人末端安装被动柔顺装置进行恒力干磨削加工,材料去除深度较难控制。为确定合适的磨削用量控制材料去除深度,根据磨削理论和磨削力经验公式,建立关于法向压力、进给速度和主轴转速的材料去除深度模型,材料去除深度与磨削用量指数幂的乘积成正比。通过正交实验标定模型的未知参数,建立完整的材料去除深度模型;通过单变量实验分析材料去除深度与磨削用量的关系;通过多变量随机实验对材料去除深度模型进行验证。单变量实验和随机实验表明,材料去除深度与磨削用量指数幂的乘积成正比。在磨削加工精度允许范围内,可以根据材料去除深度模型确定磨削用量控制材料去除深度。     

机器人恒力磨抛材料去除研究

针对传统机器人-砂带磨抛工件时材料去除量难以定量控制的问题,结合Preston磨削经验公式与赫兹弹性接触理论,将法向磨抛力、砂带速度、工件进给速度3个工艺参数作为变量,建立机器人恒力磨抛的材料去除深度模型;然后进行硬件选型,搭建机器人恒力磨抛实验平台;最后以上述3个工艺参数为变量设计了机器人恒力磨抛单因素实验,实验结果较好验证了该材料去除深度模型的准确性。     

数控恒力铣削刀路设计

在切削加工物理分析的基础上探讨铣削力和切削加工参数之间的关系,建立铣削非圆曲线的力学模型,采用单因素试验法设计铣削试验,通过最小二乘法确定铣削力模型系数。以非圆曲线为例,完成了数控恒力切削测力实验,试验结果表明:该方法能够使切削力在非圆曲线的加工中基本保持不变,改善了曲线的加工质量,缩短了加工时间,在提高加工效率和精度方面具有优势。     

大型钢坯修磨机恒力加载系统神经网络自适应控制的研究

首次将神经网络非线性自适应控制方法应用于钢坯修磨机恒力加载系统，显著改善了系统的跟随特性。试验结果表明：该方法不仅能够提高系统输入阶跃的响应时间，而且对系统未知的外加干扰、系统参数时变特性和非线性有较强的自适应能力。     

基于改进粒子群算法的恒力输出器的力控制优化

针对恒力输出器模糊控制中的量化和比例因子均为固定值,造成力控制系统自适应能力差问题,提出一种基于改进粒子群算法来不断迭代寻优出最佳的量化和比例因子对模糊PID控制进行优化。对恒力输出器建模并确定传递函数,构建出模糊PID控制系统与改进粒子群模糊PID控制系统,并对这两种控制系统进行MATLAB对比仿真分析。搭建基于六自由度TA6-R10机械臂的实验平台,对恒力输出器的输出力实验验证。结果表明：经过改进粒子群算法优化的模糊PID控制系统比模糊控制PID系统更快达到目标值,且更快收敛,整体超调量为8.91%,在1.3 s达到稳定。改进粒子群算法模糊PID控制优化恒力输出器的力控制,具有更快的动态响应和更好的力跟随效果。     

轨道车辆转向架横梁非常规焊缝自动打磨系统及工艺研究

针对人工打磨轨道车辆转向架构架横梁非常规焊缝存在劳动强度大、质量低等问题,设计了一种轨道车辆转向架构架横梁非常规焊缝自动打磨系统,使用恒力控制装置(AFD)以控制打磨压力,使用激光扫描模块以确定焊缝的位置、高度等必要的打磨工艺信息,设计新的打磨刀具以便于机器人能够更好地对燕尾区及环形焊缝实施打磨作业,根据转向架构架横梁非常规焊缝的特点制定合理的打磨工艺。通过打磨实验,证明了所设计的轨道车辆转向架构架横梁非常规焊缝自动打磨系统的优越性以及打磨工艺的合理性。     

恒力液压机测控系统设计

恒力液压机能实现加载力、位移或其速率的恒定。测控系统以小型PLC为控制核心,位移测量采用光栅尺,并采用PLC中断程序进行4倍频处理以提高测量精度,压力测量采用带有通讯功能的高性能调理转换模块代替性能有限的PLC的A/D模块,显著提高了测量分辨率和精度。自编的PID算法充分发挥了PLC的性能,提高了闭环控制精度。液压机的参数设定、显示由触摸屏完成,而长期的数据保存、输出由上位机实现。试验结果表明,测控系统达到了设计要求。     

拉压复合连续弯曲成形恒力弹簧工艺研究

恒力弹簧的优异性能依赖于其各位置等自然曲率的特性,而在目前成形工艺中,恒力弹簧在稳定化热处理时,受到弹簧本身几何形状的约束,表现出外层自然直径大于内层的偏差,影响了恒力弹簧的精度.为克服这一工艺难点,提出拉压复合连续弯曲成形的概念,用于此类构件的成形,对此成形方法的成形原理进行了阐述,对其成形工艺进行了分析,并通过试验研究,对影响成形的关键工艺参数进行了规律与数值探索.成形方法原理上复合了压弯力矩小与拉弯稳定性高的特点,并通过正反向弯曲减小残余应力,可使恒力弹簧构件在无热处理情况下直接应用,而仍表现出很高的稳定性以及更高力学输出精度与储能密度,使生产过程更为高效、节能.     

拉压复合连续弯曲成形恒力弹簧数值模拟研究

恒力弹簧的优异性能依赖于其各位置等自然曲率的特性,而目前的成形工艺中,恒力弹簧稳定化热处理时,受到其自身几何形状的限制,表现出外层自然直径大于内层的偏差,影响了恒力弹簧的精度。为克服这一工艺难点,提出了拉压复合连续弯曲成形的概念,用于此类构件的成形。采用数值模拟的方式,对此方法成形过程进行了分析,对影响成形的关键工艺参数后张力、模具间隙、模具圆角、带材厚度等进行了数值规律研究,并通过试验的方式,对模拟结果进行了验证。该成形方法在传统压弯基础上对带材两侧施加以张力,并通过正反向弯曲,改善了制件的残余应力状态,提高了构件的稳定性。     

面向双机器人打磨过程的运动规划研究

针对双机器人轮毂打磨系统的运动规划问题，建立双机器人协调相对运动的运动位姿约束模型，并利用激光跟踪仪及七点法的标定方式分别解决模型中对于双机器人基座标系和工具坐标系的标定问题。选取轮毂边缘面，搭建仿真平台对运动模型进行验证，最后搭建基于dSPACE控制器的双机器人协调打磨实验平台，进行了协调打磨位置跟踪实验，结果表明：打磨机器人位置跟踪精度在4 mm以内，证明了模型的准确性与可行性。     

基于扰动环境下的轮式机器人路径跟踪控制

针对轮式机器人在日常运转过程中，易受到负载、外界非线性干扰以及参数时变等不确定因素影响，提出了一种基于扰动环境下的轮式机器人路径跟踪控制算法。根据对轮式机器人工作时性能状态进行分析，建立出动力学模型；利用带扰动观测器的扩展卡尔曼滤波实现对内外部扰动实时预测和补偿，从而实现对轮式机器人的稳定控制；通过Lyapunov函数对其稳定性能进行证实。利用MATLAB软件进行算法仿真，通过对不同参数的校准调节，完成期望路径下轨迹跟踪实验验证。结果表明，经过扩展卡尔曼滤波器补偿后的轮式机器人，在跟踪精度和稳定性上要远远优于补偿前，证实了所提控制方法的有效性。     

基于神经网络的打磨机器人的力/位混合控制

针对封头打磨机器人在工作过程中末端执行器轨迹跟踪和恒力控制要求与打磨机器人在封头上行走的振动抑制问题,提出一种基于神经网络的力/位混合控制方法。采用力/位混合控制器完成打磨机器人力和位置的同时控制要求。针对打磨机器人平台行走过程产生的振动干扰,设计神经网络鲁棒控制器,通过神经网络对系统参数误差和振动干扰进行抑制。仿真结果显示,该混合控制器不仅能保证打磨机器人末端执行器位置的精确控制和有效的恒力控制,而且对外界振动干扰有很好的抑制效果。     

汽车水冷机壳铸件机器人打磨工作站设计

汽车电机水冷机壳完成低压铸造后，人工打磨铸件时劳动强度大、打磨工艺成本高、精度差且效率低。设计了一套机器人打磨工作站系统，包含水冷机壳旋转台夹具、IRB2600机器人、双浮动电主轴、护栏4大部件。利用机器人离线仿真软件RobotStudio进行了机器人打磨工作站的布局、动作模拟、打磨路径以及周期节拍的仿真。在实际构建机器人系统之前，先进行了水冷机壳打磨工艺过程中机壳的姿态位置、旋转角度、停顿时间和双浮动主轴的粗、精打磨工艺换刀的设计和试运行，并进一步优化打磨路径及细节来获得更高的打磨质量，为水冷机壳铸件机器人打磨提供真实的验证。该打磨工作站不但可提高去铸造毛刺的效率，也可以实现机器人打磨工作站的连贯性，进而提高电机水冷机壳行业机壳打磨的自动化水平。     

打磨机器人控制系统设计与研究

为解决卫生陶瓷行业中的干胚打磨粉尘浓度高,噪声大,工作环境比较恶劣,影响工人的身体健康的问题,设计并开发了一套基于6轴工业机器人的自动打磨系统。通过设计机器人末端的力控法兰打磨机构,基于Labview开发了打磨机器人末端力控法兰的上位机软件,与工业机器人通讯,运用PID控制系统,进行恒力打磨实验,结果表明:打磨机器人可以控制输出相对平稳的接触力,验证了力控法兰设计的可行性,满足了卫生陶瓷打磨对接触力控制的需求。     

基于刚柔耦合的水轮机修复机器人导轨误差分析

为了探究导轨式水轮机修复机器人在打磨过程中末端打磨精度问题,提出刚柔耦合仿真方法模拟导轨变形对机器人末端打磨精度的影响。以工业机器人PUMA560为本体建立机器人虚拟模型,并推导机器人正逆运动学解,借助MATLAB和ANSYS完成机器人轨迹规划和导轨柔性化。基于ADAMS仿真环境,模拟刚性体和柔性体导轨条件下的机器人末端打磨轨迹。对比发现导轨变形对机器人末端打磨精度的影响,及启动前期的不稳定状态,为后期导轨式水轮机修复机器人控制研究提供了依据。     

高精度机器人打磨系统标定算法研究与实现

针对自主研发的机器人打磨系统打磨精度差等问题,通过误差源分析,分别在工具、工件标定算法及实现方面进行了研究。针对打磨使用刀具的特点,选择合适的工具标定算法,设计辅助标定工装,完成了打磨工具的位姿标定,提高了打磨工具的标定精度。同时根据打磨工件标定算法及工件的特点,设计标定块,利用辅助特征点三点标定方法及合理的测量方法,完成了工件的高精度匹配。通过离线编程生成打磨程序,从而实现了高质量、高精度的机器人打磨作业。     

夹持工件打磨机器人离线编程及仿真系统设计

打磨加工对机器人运动轨迹精度要求很高。针对常规的在线示教编程不能满足打磨加工精度的问题,以Visual C++为开发平台,基于MFC框架以及OpenGL图形库接口搭建机器人离线编程仿真系统,实现机器人离线示教、程序编辑、建立轨迹目标点数据库等功能。通过基于工件模型STL文件分层切片生成机器人运动轨迹的方法,求得交点的姿态并得到机器人加工轨迹位姿的齐次矩阵,最后将获得的机器人打磨轨迹参数导入离线编程系统中,编程实现机器人打磨加工的可视化仿真。     

基于RobotStudio水槽打磨机器人工作站仿真设计

为解决不锈钢水槽四边焊缝自动打磨问题，基于SolidWorks设计了机器人末端执行器等设备，并基于RobotStudio搭建由砂带打磨机、IRB4600机器人、末端执行器等设备组建的水槽打磨机器人工作站仿真平台。根据不锈钢水槽的实际工况设计打磨工艺流程和规划打磨路径，创建打磨工作站的Smart组件并关联常用的I/O信号。利用TCP轨迹跟踪功能以及碰撞监控功能检验各个轨迹点及运动轨迹是否满足工作要求，调用计时器记录打磨时间。在仿真平台中通过离线编程仿真调试可以得到理想的打磨轨迹，供实际运行使用，有利于提高现场编程加工效率，提高焊缝打磨质量。     

恒力拉伸压边装置的设计

由弹簧和橡胶作为弹性元件的压边装置，其压边力在拉伸时基本保持不变，故能符合拉伸对压边力的要求，可解决用弹簧或橡胶作弹性压边时，不能提供恒力压边的问题。