机械网-基于力控制技术的汽车铸锻件机器人磨抛工艺技术研究(含CAD图,SolidWorks三--机械

基于力控制技术的汽车铸锻件机器人磨抛工艺技术研究(含CAD图,SolidWorks3维图)(任务书,开题报告,外文翻译,文献摘要,论文说明书30000字,CAD图6张,SolidWorks3维图)

摘要

以变速器壳、主减速器壳、发动机排气歧管、车桥等为代表的汽车铸锻件有着多品种、小批量的制造特点，其结构复杂多变、飞边余量呈非均匀散布，目前国内汽车零部件生产企业在其制造进程中普遍采取人工打磨方式清除飞边，由此带来诸多技术、经济及社会问题，特别是高污染、招工难等现象对能够改变当前传统制造模式的先进制造技术及设备提出了迫切需求。机器人自动化设备具有柔性好、智能化、可扩大力控等优势，已成为汽车复杂铸锻件飞边高效高品质制造优先采取的范式。本文将力控制技术利用于研究机器人磨抛加工，通过加工系统标定、轨迹计划、力控策略分析，和工艺实验研究，显著提升了以汽车变速器壳体为代表的铸锻件飞边加工效力和加工质量。本文主要研究内容以下：

首先，基于机器人正逆运动学黑色素移植会对身体有副作用吗，建立了IRB6700工业机器人的运动学方程及其逆解。通过工具、工件坐标系的标定分析，提出了1种基于寻点法标定的自动标定工件坐标系的方法以下降机器人末端装夹误差。将离线编程及轨迹计划技术利用于铸锻件打磨中，并基于机器人离线编程软件RobotStudio设计了变速器壳体的磨抛轨迹。

其次，对机器人磨抛加工进程中的磨抛力和力传感器的静标定、零漂及重力补偿进行了分析，提出了任意姿态下机器人末端负载的重力补偿算法。对经常使用力控制策略进行了介绍与比较，并提出了基于法向恒力的速度控制策略以实现对磨抛进程法向力的精准控制。

最后，设计砂带恒力磨抛实验，并对铝合金试块进行了工艺参数优化，分析了法向力、机器人进给速度、砂带线速度对加工质量的影响，肯定了铸锻件磨抛进程中的最优工艺参数组合，并将其利用于汽车变速器壳体的机器人磨抛加工，实现了典型汽车铸锻件高效、高质量的自动化加工。

关键词：机器人磨抛；轨迹计划；恒力控制；工件标定；工艺参数

Abstract

Theautomotivecastingsandforgingsincludingtransmissionhousings,mainreducerhousings,engineexhaustmanifolds,axles,etc孩子脸上长了白斑是怎么回事.arecharacterizedbythemulti-type;smallbatchproduction.Thestructureofthecastingsandforgingsiscomplexandvaried,andthemarginofflashisunevenlydistributed.Atpresent,theflashesaregenerallyremovedbymanualgrindingindomesticautopartsmanufacturers,whichbringsmanytechnical,economic,andsocialproblems.Especiallythehighpollutionandrecruitmentdifficultiesputforwardanurgentneedforadvancedmanufacturingtechnologiesandequipmentthatcanchangethecurrenttraditionalmanufacturingmodel.Robotautomationequipmenthastheadvantagesofgoodflexibility,intelligence,expandableforcecontrolandotheradvantages,andhasbecomeaparadigmforthepriorityadoptionofhigh-efficiencyandhigh-qualitymanufacturingofcomplexcastingandforgingpartsinautomobiles.Thisthesisappliesforcecontroltechnologytothestudyofrobotgrindingandpolishingmachining.Throughprocessingsystemcalibration,trajectoryplanning,forcecontrolstrategyanalysis,andprocesstestresearch,theprocessingefficiencyandqualityofcastingandforgingpartsaresignificantlyimprovedrepresentedbytheautomotivetransmissionhousing.Themainresearchcontentsofthisarticleareasfollows:

First,basedonthepositivekinematicsoftherobot,thekinematicsequationanditsinversesolutionoftheIRB6700industrialrobotareestablished.Basedonthecalibrationanalysisofthetoolandworkpiececoordinatesystem,amethodofautomaticcalibrationoftheworkpiececoordinatesystembasedonmanualcalibrationwasproposedtoreducetherobotendclampingerror.Off-lineprogrammingandtrajectoryplanningtechniqueswereappliedtothegrindingofcastandforgedparts,andthegrindingandtrajectoryofthetransmissionhousingwasdesignedbasedonrobotofflineprogrammingsoftwareRobotStudio.

Secondly,thegrindingandpolishingforceduringgrindingandpolishingoftherobotandthestaticcalibration,zerodriftandgravitycompensationoftheforcesensorareanalyzed,andthegravitycompensationalgorithmfortheendloadoftherobotunderarbitraryattitudeisproposed.Thecommonforcecontrolstrategiesareintroducedandcompared,andaspeedcontrolstrategybasedonnormalconstantforceisproposedtoachieveaccuratecontrolofthenormalforceofthegrindingandpolishingprocess.

Finally,theconstantforcegrindingtestoftheabrasivebeltisdesignedandtheprocessparametersofthealuminumalloytestblockwereoptimized.Theeffectsofnormalforce,robotfeedspeed,andbeltwheelspeedonthemachiningqualityareanalyzed,andthecombinationoftheoptimalprocessparametersingrindingandpolishingofthecastingsandforgingsisdetermined.Theapplicationtotheroboticgrindingoftheautomotivetransmissionhousingenablesahighlyefficientandhigh-qualityautomatedprocessingoftypicalautomotivecastingsandforgings.

Keywords:roboticgrinding;trajectoryplanning;constantforcecontrol;workpiececalibration;processparameters

论文整体框架

基于大学机器人磨抛研发平台，本文将针对典型汽车铸锻件的机器人磨抛技术进行深入研究，如图1.5所示，文章主要内容以下：

第1章：绪论。介绍课题来源与研究背景。通过对照国内外在铸锻件机器人打磨领域及力控制技术的利用状态及研究现状，分析现有铸锻件机器人打磨技术存在的不足并介绍本文基于力控制技术的汽车铸锻件机器人打磨及其工艺实验的研究工作。

第2章：基于离线编程的铸锻件磨抛轨迹计划。首先介绍了机器人运动学正逆解及笛卡尔空间下的轨迹计划技术，并基于此建立了IRB600正运动学方程及其逆解。对工具及工件坐标系标定技术进行了介绍，提出了基于寻点法标定的自动标定方法，有效的提高了标定精度，为后续力控制技术的实现奠定了基础。最后在离线编程软件中进行了变速器壳体的磨抛轨迹计划。

第3章：铸锻件磨抛力控制策略。通过分析工件磨抛进程中的磨抛力，提出了法向力控制方法。对力传感器的静标定、零漂补偿及重力/重力矩补偿进行了简单介绍。通过比较不同力控制策略，针对本文研究对象提出了基于法向恒力的速度控制策略。

第4章：汽车铸锻件机器人磨抛系统搭建工作。介绍了系统的主要硬件部份和所采取的配套软件，并总结了系统的工作流程。

第5章：基于变速控制的法向恒力砂带磨抛实验。讨论进给速度、法向恒力大小、砂带线速度等工艺参数对磨抛深度、材料去除率、磨削比功及加工表面质量的影响。通过实验验证，对各工艺参数对磨抛的影响进行了分析，得到了较为理想的工艺参数，并将其成功利用于变速器壳体的磨抛进程中。

第6章：对全文进行了总结及展望。

目录

摘要I

ABSTRACTII

第1章绪论1

1.1课题来源1

1.2研究背景及意义1

1.3国内外研究概况2

1.3.1铸锻件机器人磨抛技术研究现状2

1.3.2机器人磨抛中的力控制技术研究现状4

1.4论文主要内容与框架6

1.4.1主要研究内容6

1.4.2论文整体框架6

第2章基于离线编程的铸锻件磨抛轨迹计划8

2.1机器人运动学基础8

2.1.1IRB6700机器人运动学方程8

2.1.2IRB6700机器人运动学反解13

2.2笛卡尔空间下的轨迹计划14

2.3工具坐标系与工件坐标系标定18

2.3.1工具坐标系标定18

2.3.2工件坐标系寻点法标定20

2.3.3基于寻点法标定的工件坐标系自动标定方法23

2.4基于离线编程的铸锻件磨抛轨迹生成方法25

2.5本章小结28

第3章铸锻件磨抛力控制策略29

3.1磨抛进程建模及磨抛力分析29

3.1.1单颗磨粒磨抛进程建模29

3.1.2磨抛力分析30

3.2力传感器的标定及补偿31

3.2.1力传感器的静标定31

3.2.2力传感器的零点漂移补偿33

3.2.3任意姿态下力传感器的重力/重力矩补偿33

3.3经常使用力控制策略及其比较35

3.3.1阻抗控制策略35

3.3.2力/位混合控制策略36

3.4基于法向恒力的速度控制策略37

3.5本章小结39

第4章汽车铸锻件机器人磨抛系统搭建40

4.1系统硬件40

4.1.1机器人及其控制系统41

4.1.2ATI6维力/力矩传感器43

4.1.3磨削机系统44

4.2系统软件45

4.2.1RobotStudio仿真及编程45

4.2.2Machingpowerpac离线编程插件46

4.3系统工作流程47

4.4本章小结48

第5章基于变速控制的法向恒力砂带磨抛实验49

5.1实验设计49

5.1.1实验基本量设置49

5.1.2实验方案设计50

5.2单因素实验进程演化规律52

5.2.1变压力实验进程规律及接触力分析52

5.2.2变速率实验进程规律及接触力分析53

5.2.3变进给实验进程规律及接触力分析55

5.3工艺参数对磨削深度的影响56

5.4工艺参数对材料去除率的影响58

5.5工艺参数对照磨削能的影响58

5.6恒力磨抛在变速器壳体加工中的利用验证59

5.7本章小结62

第6章总结与展望63

6.1全文总结63

6.2工作展望63

参考文献65

附录A攻读学位期间获得的相干成果70

附录B相干源程序71

附B1变速器标定程序（部份）71

附B2变速器壳体磨抛程序（部份）73

附B3机器人正逆运动学MATLAB程序（部份）75

致谢76