自主研抛机器人技术

    序
前言
第1章绪论
1.1应用机器人技术精整加工大型自由曲面的背景
1.2机器人精整加工自由曲面技术研究进展
1.3移动作业机器人技术国内外研究现状及关键技术研究
1.3.1移动作业机器人国内外研究现状
1.3.2移动作业机器人关键技术研究
第2章新型自主研磨作业机器人系统的研究
2.1移动研磨作业机器人系统
2.1.1自主作业研磨机器人系统技术思路
2.1.2自主作业研磨机器人的结构与性能要求
2.2自主作业研磨机器人机械本体的研制
2.2.1移动平台的构建
2.2.2操作臂的研制
2.2.3研磨工具开发
2.3自主作业研磨机器人控制系统
2.45-TTRRT机器人坐标系内研磨曲面的构建方法
2.4.1系统组成和工作原理
2.4.2自由曲面的三维重构
第3章机器人研磨自由曲面的运动规划
3.15-TTRRT机器人运动学与动力学模型
3.1.15-TTRRT机器人运动学模型
3.1.25-TTRRT机器人动力学建模
3.1.35-TTRRT机器人运动学动力学仿真
3.2自由曲面的分片规划
3.2.1自由曲面特征的基础
3.2.2自由曲面分片规划的提出与分片研磨方法
3.2.3自由曲面的加工路径规划
3.35-TTRRT研磨机器人的位姿与运动规划
3.3.1移动平台姿态控制策略
3.3.2研磨工具位姿在机器人运动空间中的表达
3.3.3自由曲面研磨精加工的行切法轨迹规划
3.3.4自由曲面研磨精加工的环切法轨迹规划
3.3.5行切法轨迹规划与环切法轨迹规划的比较
第4章机器人研磨自由曲面的轨迹跟踪控制策略
4.1滑模变结构基本理论
4.1.1滑模变结构控制的基本原理
4.1.2滑模变结构控制的特点
4.2PD+前馈型滑模变结构补偿控制
4.2.1问题描述
4.2.2PD+前馈补偿滑模控制器设计
4.3仿真研究
第5章自主作业研磨机器人的柔顺控制
5.1阻抗控制概述
5.1.1机器人阻抗控制
5.1.2阻抗控制模型
5.2机器人研磨工具端与环境的等效模型
5.2.1等效模型的建立
5.2.2研磨机器人系统的刚度系数Kp
5.3基于位置的阻抗控制
5.3.1基于位置的阻抗控制
5.3.2阻抗控制中稳态力误差分析
5.3.3调整阻抗参数的仿真研究
5.4模糊阻抗控制
5.4.1基于模糊逻辑的阻抗控制设计
5.4.2常规阻抗控制与模糊阻抗控制的仿真研究
第6章5-TTRRT机器人研磨实验研究
6.1研磨材料的去除模型
6.2实验平台
6.3机器人研磨实验
6.4研磨工艺参数对研磨效果影响的正交试验
6.4.1因素水平确定
6.4.2各主要因素对研磨效果的影响
6.4.3实验结果分析
附录
参考文献

    王文忠著的《自主研抛机器人技术》主要介绍自主研抛机器人技术的相关理论基础与前沿技术，是作者近年来在国家“863”等项目中所取得的学术研究和技术实践成果的总结。书中基于实现用小型装备对大型自由曲面进行精整加工的目标，利用移动操作机器人具有较好的操作灵活性和工作空间大的特点，提出了一种研磨大型自由曲面自主作业机器人的机械结构，并进行了关键技术的研究。重点针对研磨大型自由曲面自主作业机器人的曲面重构与定

    近年来，航空航天和先进制造技术的迅速发展，对大型自由曲面的尺寸和表面质量的要求越来越高，研磨抛光光整加工也成为必不可少的加工工序。目前，国内外对大型自由曲面的研磨抛光加工仍然主要依靠手工操作完成，不仅费时费力、效率极低，而且研磨抛光加工后表面质量的均一性较差、表面形状尺寸精度也不高。自动化研抛系统的开发主要是基于数控机床或工业机器人进行的，如果使用机床进行大型自由曲面的自动化磨抛，需要机床的尺寸大于大型自由曲面尺寸，基于传统数控机床或磨床开发的研抛系统，由于其工作空间的局限，远远满足不了大型尺寸曲面研抛加工的要求，这样，大型设备的加工、装配都很困难，加工柔性不足，而且成本昂贵。２０世纪８０年代末以来，机器人应用的领域不断扩大，基于工业机器人的研抛技术研究逐渐得到了科研工作者的广泛关注，国内外科研院所和高校研究人员就机器人研抛技术做了大量的研究和开发工作，其工作空间的局限性同样远远满足不了大型工件曲面研抛加工的要求。针对上述问题，形成了采用小型自主移动机器人对大型自由曲面进行磨抛的崭新技术思路。利用移动作业机器人全区域覆盖特性，进行大型复杂曲面的研磨加工成为了一种新的方向并有着广泛的应用前景。    全书共分６章。第１章对移动作业机器人技术进行概述；第２章介绍了一种新型自主研磨作业机器人系统及该机器人坐标系内研磨曲面构建方法；第３章介绍了机器人研磨自由曲面的运动规划；第４章介绍了机器人研磨自由曲面的轨迹跟踪控制策略；第５章介绍了自主作业研磨机器人的柔顺控制；第６章介绍了５－ＴＴＲＲＴ机器人研磨实验研究。    本书是在博士论文基础上，经过修改、充实完善而成，本书的选题来源于国家高技术研究发展计划（“８６３”计划）资助项目（编号：２００６ＡＡ０４Ｚ２１４）“大型曲面自主研抛作业微小机器人技术”。根据作者近年来所取得的学术研究和技术实践成果整理、撰写而成。    首先特别感谢我的导师王立鼎院士和赵继教授，还要感谢张雷教授、李大奇博士、杨旭博士、徐刚硕士、硕士等同学对本书相关研究所做出的贡献。    编写本书，一方面希望推动对自主研抛机器人的进一步研究，同时也希望能够为同行提供借鉴和参考。    本书的出版得到吉林省科技发展计划重点科技攻关项目（项目编号：２０１４０２０４０１１ＧＸ） “基于自主作业机器人的自由曲面研抛加工研究”和长春工程学院学术专著出版基金的资助，特致以衷心的感谢！    由于作者水平有限，书中必然存在许多错误不当之处，在文字和结构上亦存缺憾，恳请读者批评指正！    王文忠