磨抛机器人气电力控末端执行器负载特性

针对现有船舶制造业中人工打磨或砂带磨削等磨抛作业难以满足智能制造需求的现状,提出一种面向船舶磨抛机器人的气电混合式力控末端执行器,采用自适应变参数PID控制器对非对称气缸的气动力与大推力永磁直线同步电机的电磁力进行协调控制,实现作业接触力的实时补偿与精确控制。通过对气动系统、永磁直线同步电机系统、环境工件、力和速度控制器等进行建模与数值仿真,研究其负载波动响应与抗负载冲击特性。仿真结果表明,相比气动力控系统,气电混合式力控系统可消除气动系统振荡特性的影响,在35 Hz范围内振动负载作用下的最大力波动幅值由138 N(约为稳态值46%)减小至25 N(约为稳态值8.4%);在阶跃负载作用下气缸活塞杆位移振荡和接触力冲击次数显著减少,调整时间分别为前者的32.3%和27.3%,有效提高了抗负载波动与冲击特性,可提升船舶磨抛机器人的作业质量。

三平动力控末端执行器鲁棒自适应力跟踪导纳控制方法

针对现有重载工业机器人缺乏力控功能而难以满足去毛刺、倒角和磨抛等连续接触式作业要求的问题,提出一种含氮气弹簧的气电直驱式3-P(UU)2型三平动力控末端执行器,采用鲁棒自适应力跟踪导纳控制算法实现操作空间中接触面法向输出力的快速跟踪,适用于工件内外侧面、孔洞和狭小结构的机器人磨抛等过程。建立机构正逆运动学与气电直驱致动器动力学模型,并设计了鲁棒自适应力跟踪导纳控制器。实验结果表明,基于鲁棒自适应力跟踪导纳控制的三平动力控末端执行器力阶跃响应的稳态误差为-4.5×10^(-4)N,上升时间19.27 ms,可实现力的快速精确跟踪;负载冲击下力的调整时间116.0 ms,最大超调量57.5%,具有良好的缓冲吸振特性与鲁棒性;在平面往复运动与圆柱面连续运动工况下,力均方根误差0.143 N,冲击峰值均值0.694N,对不同材质工具磨头的接触刚度变化与环境位移误差的适应性好,可提升工业机器人的连续接触式作业质量并拓宽其应用范围。