摘要
磨抛作为五金工件后续处理的重要工序对接触力有较高要求，接触力恒定可有效降低工件表面粗糙度，提升工件加工质量。自工业机器人进入五金磨抛领域以来，如何保持磨抛过程接触力恒定即成为研究热点。传统恒力磨抛过程中，机器人要同时实现位置控制与接触力控制，导致系统控制过程复杂、控制精度较低。而建筑五金磨抛所需压力大、易振动、接触力更易变化，导致传统恒力控制难以满足工件磨抛需求。为解决上述问题，本课题将机器人位置控制与力控制相分离，基于电流反馈机制，从两个层面展开工作：一是，设计给进速度快、控制精度高的随动砂带机，确保接触力补偿快速精准；二是，设计响应快、控制稳定的恒力控制算法以实时获取磨抛压力变化。所做主要工作如下： （1）从砂带磨削特点出发，对砂带动态磨抛过程受力分析，结合Preston方程建立砂带弹性磨抛下的材料去除深度模型；在matlab中对模型仿真，定量分析磨抛法向力、工件给进速度、砂带线速度三个参数在砂带磨抛过程对材料去除量的影响。 （2）针对气动恒力磨抛装置存在的传递路线长、控制精度低、响应不足问题，提出电机驱动传动机构的方式，以实现接触力快速补偿，阐明了基于电流反馈的恒力控制原理；为确保接触力补偿精准，对随动机构进行了运动学分析与位移偏差分析，并完成随动砂带机关键结构设计；针对本课题所设计随动砂带机给出了双矢量控制方法以确保磨抛接触点更为精准。 （3）为准确获取磨抛过程接触力变化情况，首先建立被控对象的数学模型，并对工控领域常用算法进行仿真对比，以明确在本课题中的控制性能；针对模糊PID算法存在的不足，在混沌粒子群算法基础上设计了可变尺度的混沌粒子群算法；控制过程中将变尺度混沌粒子群算法与模糊PID算法相结合，通过变尺度混沌粒子群算法为模糊PID算法求解最佳比例系数，实现模糊PID控制器参数的整定优化，以提高恒力磨抛系统的响应性与稳定性。 基于以上工作，搭建了恒力磨抛测试平台，制定粗磨和细磨两个实验方案，以建筑五金件驳接爪为磨抛测试对象，通过材料去除深度和表面粗糙度两个参数对磨抛结果进行了分析，结果表明该恒力控制系统能够较好保持磨抛过程接触力恒定，并实现建筑五金件的多工艺磨抛处理。
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