抛光机器人末端气动执行机构的接触力控制

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1、工学硕士学位论文抛光机器人末端气动执行机构的接触力控制FORCECONTROLOFPOLISHINGROBOTENDPNEUMATICACTUATOR邓暘哈尔滨工业大学2016年6月国内图书分类号：TP273.2学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文抛光机器人末端气动执行机构的接触力控制硕士研究生：邓暘导师：费中阳副教授申请学位：工学硕士学科：控制科学与工程所在单位：智能控制与系统研究所答辩日期：2016年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP273

2、.2U.D.C:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringFORCECONTROLOFPOLISHINGROBOTENDPNEUMATICACTUATORCandidate：Deng,YangSupervisor：AssociateProf.Fei,ZhongyangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ControlScienceandEngineeringAffiliation：Res

3、earchInstituteofIntelligentControlandSystemsDateofDefence：June,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要工业流水作业生产线的自动化程度越来越高，一方面是解放和发展生产力的必然要求；另一方面，这也是对标准化工业产品的品质要求的逐步提高所带来的实际需要。在其中一类工业生产流程中，需要对工件进行最后的表面处理，如去毛刺、打磨、抛光甚至是精密研磨

4、。在这类工序的去人工化实现自动化的过程中，工业界目前采取的普遍做法是引入工业机器人作业来替代目前的人工操作。在抛光打磨工序过程中，工具的抛光质量不仅直接受到抛光工具与被抛光工件的相对位置和运动方式的影响，还受到的是接触表面相对作用力大小的影响。这其中涉及到一个广受关注同时也是极具挑战的研究领域，机器人与环境的交互控制。这里面对机器人的位置控制提出了很高的精度要求，同时也对机器人根据环境变化来调整末端位置的能力提出了很高的要求。鉴于接触力对抛光效果的至关重要影响，在本课题探讨了关于接触控制的相关问题，同时对不同控制

5、策略来实现柔性接触控制的途径和效果进行了分析。本课题设计的系统旨在对机器人末端的执行机构进行重新设计，在不对机器人本体进行改造的前提下，来帮助机器人实现与环境接触力的柔性接触控制。首先本文对课题的研究背景及意义进行了说明。接着简要综述了相关领域的国内外研究现状。在对构成气动系统中的主要成分，气动方向比例阀和气动执行机构（气缸）进行动力学分析建模后，建立了存在实际系统中的摩擦模型。在有了这些基础准备之后，展开了针对一系列不同控制方法的探讨。首先我们忽略了摩擦，将被控对象线性化，用线性系统的方式构建系统开环传递函数，

6、利用选定的参数对系统进行了初步的分析。紧接着，介绍了一种基于控制末速度来达到开环接触力控制的间接力控制方法。在间接接触力控制的方向上，本文继续介绍了经典的阻抗控制和对执行器输出压力控制，来实现对接触力的闭环间接力控制方法。这些方法在一定程度上能够较好地解决接触力大小的初步控制，满足一定的需求并且容易实施，但是我们也注意到该类方法也依赖于对接触环境信息的全面了解。鉴于在机械系统中，摩擦和负载常常最可能成为具有不确定性的环节，在研究具有不确定性或被控对象参数缓慢变化的动态系统时，自适应控制方法是一种十分常用的控制策略

7、，本文设计了一种补偿在气动系统中的摩擦和有效载荷的不确定性的模型参考自适应控制器，同时内环力控制中采用滑模控制控制器的控制系统。通过数值仿真来验证控制系统设计有效-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文性的同时，我们搭建实际物理系统，编写运动控制程序和上位机软件界面，对末端气动执行机构进行位置和接触力控制进行了实现。关键词：接触力控制；气动执行机构；自适应控制；滑模控制-II-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractThedegreeofautomationofindustrialproductionlines

8、isincreasinglyhigh,which,ontheonehand,istheinevitablerequirementofliberatinganddevelopingtheproductivity,ontheotherhand,alsotherealneedstosatisfythegraduallyincreasingqualityrequirementso