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基于六维力传感器的打磨机器人的设计与实现
| 论文题名： | 基于六维力传感器的打磨机器人的设计与实现 |
| 关键词： | 汽车轮毂;打磨机器人;结构设计;六维力传感器 |
| 摘要： | 随着国家工业化进程的加快和科技的进步，生产制造领域不断发展，自动化程度大幅提高。目前汽车制造行业采用人工方式打磨轮毂，存在质量不稳定、效率低等弊端，制约了轮毂制造技术的发展。本课题针对轮毂自动打磨关键技术展开研究，开发了一套基于六维力传感器的打磨机器人系统，实现了对汽车轮毂的自动打磨工作。 首先对汽车轮毂的主要参数和打磨工艺展开调研，提取了汽车轮毂的结构参数，分析了汽车轮毂的制造方法和打磨工艺，以昆山六丰机械工业有限公司的铝合金轮毂打磨工况为例，将打磨工艺参数化。 依据打磨要求及设计要求，设计了一套基于六维力传感器的五自由度打磨机器人，主要包括水平移动平台、打磨机械臂、六维力传感器、轮毂升降平台、气动夹爪和机器人支架等部件。同时，建立了打磨机器人的正向运动学模型，确定D-H参数及位姿矩阵，基于蒙特卡罗法求取了机器人自动打磨的有效工作空间和边界。进一步，对打磨机器人进行模态分析，分析了其固有频率及相应振型，指导机器人结构优化设计。 为获取打磨过程中的力信息，本课题根据打磨力的测量范围，基于一维测力元件及六维力传感器的测力原理，设计了六维力传感器及核心元件弹性体的结构，采用“滑轴”思想实现了力的解耦，并添加了过载保护法兰结构，有效的保护了弹性体，采集电路板集成在传感器内部，使其具备模块化的特点。进一步，搭建了系统软硬件平台，主要包括基于时间数字转换技术的应变数据采集模块、单片机模块及上位机模块等，实现了对应变数据的采集和处理。设计了六维力传感器的标定系统，基于杠杆原理设计了标定装置，对六维力传感器进行标定实验，对其性能进行评价，包括线性度、灵敏度、回程误差和重复性等，通过实验证明了其高效性和可靠性。 最后，通过开发的软硬件平台对打磨机器人进行了实验研究，对汽车轮毂进行了打磨测量实验，分别记录了自动打磨过程中打磨力的实验数据及汽车轮毂的打磨质量，证明了打磨机器人的有效性。 |
| 作者： | 任晨曦 |
| 专业： | 机械工程；机械电子工程 |
| 导师： | 贾方 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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