曲面柔性制孔末端執(zhí)行器動力學與控制.pdf

1、曲面柔性制孔末端執(zhí)行器可以安裝在工業(yè)機器人或者柔性軌道上組成曲面柔性制孔機器人，它是機器人自動化柔性制孔的關鍵部件。其主要功能是進行曲面外法向矢量的在線測量與計算，進行法向姿態(tài)調(diào)整，對被制孔部件的材料實施壓緊后制孔。它不僅可以在機身、翼面及尾翼等小曲率部位進行精確制孔，而且可以在起落架、引擎等空間小、曲率大的部位進行自動化制孔。與使用托架進行法向姿態(tài)調(diào)整并配有大量刀具的大型高剛性復雜自動化制孔設備相比，它具有靈活方便、低成本、模塊化、高

2、度柔性以及更好的人體工學等優(yōu)勢。因此，曲面柔性制孔末端執(zhí)行器在航空制造與裝配業(yè)中具有廣闊的應用前景。
　　 本文從工程應用的角度出發(fā)，對曲面柔性制孔末端執(zhí)行器的運動學特性和動力學特性進行了分析，提出了一種曲面外法向矢量的快速測量與計算方法，針對法向調(diào)整單元設計了不同的動力學控制策略，并進行了仿真與實驗對比;針對進給單元設計了兩種位置控制策略，并進行了實驗對比;針對壓緊單元設計了力控制策略與力/位置混合控制策略，并進行了實驗驗證。

3、論文的主要研究工作如下:
　　 1.在曲面柔性制孔末端執(zhí)行器運動學分析的基礎上，采用均勻布置在主軸四周的四個位移傳感器，測量出曲面在制孔點區(qū)域的四點坐標，計算出空間中與這四個坐標點相切的球面，聯(lián)結球心到制孔點的矢量即可得到曲面在制孔點處的外法向矢量。仿真結果顯示，該方法的法向測量與計算精度明顯高于三點法曲面法向矢量的測量與計算方法。
　　 2.分析了末端執(zhí)行器法向姿態(tài)調(diào)整的動力學特性，建立了末端執(zhí)行器法向調(diào)整單元的動力學

4、模型。提出了基于模型的比例-微分(PD)控制策略和基于模型的滑模變結構控制策略。仿真結果顯示，滑模變結構控制策略的控制精度更高，魯棒性更強。
　　 3.應用基于MATLAB RTW的xPC目標環(huán)境搭建了實時控制實驗平臺，針對法向姿態(tài)調(diào)整的動力學控制，提出了基于非線性積分鏈式微分器的滑模變結構控制策略和模型參考自適應控制策略。實驗結果顯示，模型參考自適應控制策略控制精度更高，魯棒性更強。
　　 4.應用矢量積法求解了曲面柔

5、性制孔機器人雅克比矩陣，規(guī)劃了末端執(zhí)行器每個旋轉關節(jié)的運動軌跡。然后根據(jù)機器人末端的軌跡要求，設計了軌跡規(guī)劃器，由軌跡規(guī)劃器計算出制孔機器人其它關節(jié)的軌跡，并由各自位置控制器進行控制。
　　 5.建立了末端執(zhí)行器進給單元的動力學模型。針對進給單元的位置跟蹤控制，提出基于降維狀態(tài)觀測器的極點配置狀態(tài)反饋控制策略和模型參考自適應控制策略。實驗結果顯示，模型參考自適應控制策略控制精度更高，魯棒性更強。
　　 6.建立了末端執(zhí)行