基于自抗扰控制的机器人恒力抛磨系统研究

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机器人恒力抛磨控制在工业生产中广泛应用,恒力抛磨主要运用机器人正逆解以及受力分析进行精准前馈控制,然而,在力控制过程中机器人将受到来自外界环境变化以及抛磨物体刚度变化等干扰,产生抛磨力的波动,因此在机器人恒力抛磨过程中,需要解决如下几个问题:(1)选择合适的力传感器,力传感器用来感知外界的力波动情况,需要根据力的波动范围、频率和精度要求选用合适的力传感器,并进行测试分析,保证机器人抛磨过程中里测量的准确性。(2)设计机器人末端抛磨装置,本实验抛磨头采用可拆卸膜片式气动抛磨头,为保证抛磨的效果,需将抛磨头的磨面时刻与抛磨平面切面上的法线垂直,在设计时将力传感器的Z轴方向与抛磨头的中心线重合,以此来确保运行的稳定性,同时对力传感器进行重力补偿提高力传感器数据采集的可靠性。(3)针对在抛磨过程中机器人由自由空间运行到约束空间过程中,在末端抛磨头与抛磨工件接触的瞬间,因无法确定抛磨工件的刚度和实际位置信息,以及阻抗参数无法快速适应的问题,在抛磨接触时会因速度过快等原因产生一定的冲击力,针对这一问题可以采取力平滑和柔性下发的方式来完成接触过渡过程,从而达到缓解冲击超调和提高抛磨力收敛速度的作用。(4)在抛磨过程中因为外界的干扰和抛磨环境的不确定性,导致力传感器采集的数据可能出现失真或者夹杂多余的扰动,采用自抗扰和模糊控制组成的控制器,可以对采集的力数据进行外扰估计,并补偿掉多余的扰动信息,相较于普通阻抗控制,提高了机器人抛磨过程中收敛到期望力的速度,同时利用模糊控制,通过改变阻抗参数,帮助提高机器人在抛磨不同物体时的参数适应性。通过此方法可在机器人接触抛磨平面时添加过渡过程减少力冲击,加快阻抗模式下接触力收敛到期望抛磨力的速度,同时提高机器人的力跟随精度和恒力跟随过程的鲁棒性,将力误差控制在±2N以内,另一方面,为了应对抛磨环境变化或抛磨物体变化的力跟随情况,可根据力误差调节阻抗控制中的阻抗参数,提高了机器人对于外部抛磨环境的适应性。
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