用于磨削加工的机器人力控制方法研究

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1、硕士学位论文用于磨削加工的机器人力控制方法研究作者姓名胡广学科专业机械设计及理论指导教师张铁教授所在学院机械与汽车工程学院论文提交日期2016年4月ResearchonRobotForceControlMethodUsedonGrindingProcessADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：HuGuangSupervisor：Prof.ZhangTieSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TP2

2、49学校代号：10561学号：201320100962华南理工大学硕士学位论文用于磨削加工的机器人力控制方法研究作者姓名：胡广指导教师姓名、职称：张铁教授申请学位级别：硕士学科专业名称：机械设计及理论研究方向：机器人系统及自动化装备的理论与技术论文提交日期：2016年4月20日论文答辩日期：2016年5月30日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：李琳委员：张铁，翟敬梅，邹焱飚，谢龙汉华南理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文

3、中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华南理工大学。学校有权保存并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅（除在保密期内的保密论文外）；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复

4、制手段保存、汇编学位论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。本学位论文属于：□保密，在年解密后适用本授权书。□不保密,同意在校园网上发布，供校内师生和与学校有共享协议的单位浏览；同意将本人学位论文提交中国学术期刊(光盘版)电子杂志社全文出版和编入CNKI《中国知识资源总库》，传播学位论文的全部或部分内容。(请在以上相应方框内打“√”)作者签名：日期：指导教师签名：日期：作者联系电话：18814112873电子邮箱：huguang108@163.com联系地址(含邮编)：广州天河五山华南理工大学30号楼435摘要磨削加

5、工机器人的现场应用以示教再现方式为主。该方式作业过程中不能根据工件的形位误差、装夹误差、机器人定位误差等对磨削轨迹进行在线调整，从而导致工件的加工质量参差不齐，同时也限制了磨削加工机器人的应用范围。所以要想实现高质量、高一致性的机器人磨削加工，对加工过程中接触力进行控制是必不可少的。需要利用力传感器等设备获取实时反馈的接触力信息，并设计适当的力控制算法，对加工轨迹进行实时调整，从而保持磨削压力恒定，增强机器人加工的自动化程度。本文针对机器人的力控制问题，开展了力信号测量与处理、恒力跟踪控制、力控制磨削、实时力控制系统的实现等

6、方面的研究。首先，对力信号测量与处理方法进行了研究。推导出了基于腕力传感器的力坐标变换公式；对三维力传感器进行了矩阵解耦标定；提出了参数自适应惯性滤波的方法来处理力信号，解决了滤波信号中精确度与稳定性之间的矛盾。其次，对未知曲面轮廓的恒力跟踪控制方法进行了研究。提出了非线性双闭环控制方法，该方法中的双闭环包括运动倾角的实时反馈校正器，以及基于非线性PID的法向接触力控制器。通过仿真和实验，验证了双闭环控制方法可行，并且有一定的法向接触力控制稳定性和精度。再次，为了减小传统PID控制中微分环节的噪声放大效应，设计了一种改进的无

7、微分环节的控制方法；并采用闭环主导极点法来确定控制参数，以达到期望的动态响应要求；建立了基于矩阵编码遗传算法的优化规则，对模糊规则矩阵进行了优化，并利用优化后的模糊PID控制器对法向磨削力进行控制。仿真和实验表明，优化后的模糊PID力控制有较高的动态响应品质和较强的适应能力。最后，为了在基于位置控制方式的机器人中增加力反馈控制能力，设计了基于ARM及SRI力传感器的RB08工业机器人力控制系统。实验验证了基于ARM的力控制器能够实现实时力反馈控制，而且不用改变机器人原有的位置控制方式，具有较大的应用参考价值。关键词：磨削机器

8、人；力反馈；信号处理；双闭环控制；模糊PID控制IAbstractTeachingandplaybackisthemainmodeofgrindingrobot'sapplicationfield.Thegrindingtrajectorycannotadjustaccordingtoth