基于Stewart平臺的機(jī)器人自動制孔末端執(zhí)行器建模與控制

基于Stewart平臺的機(jī)器人自動制孔末端執(zhí)行器建模與控制

摘要：隨著工業(yè)自動化的不斷發(fā)展，機(jī)器人在制造業(yè)中的應(yīng)用變得越來越廣泛。本文針對機(jī)器人自動制孔這一特定任務(wù)，通過建模和控制方法，設(shè)計了一種基于Stewart平臺的末端執(zhí)行器，實現(xiàn)了精確、高效、自動化的制孔過程。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人制孔，Stewart平臺，建模，控制

1.引言

機(jī)器人在制造業(yè)中的應(yīng)用范圍越來越廣泛。在一些特殊的制造過程中，如汽車、飛機(jī)等大型機(jī)械制造中，需要大量的鉆孔操作。傳統(tǒng)上，這些鉆孔操作通常是由人工完成的，效率低下且存在安全隱患。因此，設(shè)計一種能夠自動執(zhí)行制孔的機(jī)器人末端執(zhí)行器對于提高制造效率和質(zhì)量非常重要。

2.基于Stewart平臺的機(jī)器人末端執(zhí)行器設(shè)計

2.1Stewart平臺的原理

Stewart平臺是一種六自由度并聯(lián)機(jī)器人，由一個固定底座和一個通過六個活動支點連接的可移動平臺構(gòu)成。利用平臺與底座之間的桿件和球鉸連接，可以使平臺在六個自由度上運動。

2.2末端執(zhí)行器的構(gòu)造

基于Stewart平臺的機(jī)器人末端執(zhí)行器由三對平行桿與三對球鉸組成。這些平行桿分別與Stewart平臺和移動平臺的支撐點連接，實現(xiàn)精確的控制和定位。

3.末端執(zhí)行器的建模

3.1動力學(xué)模型

為了實現(xiàn)精確的位置和力控制，需要建立末端執(zhí)行器的動力學(xué)模型。首先，通過運動學(xué)分析，得到末端執(zhí)行器的位置和速度關(guān)系，然后根據(jù)牛頓定律和拉格朗日方程建立其動力學(xué)模型。

3.2系統(tǒng)標(biāo)識

為了實現(xiàn)自動化控制，需要對末端執(zhí)行器的動力學(xué)參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)標(biāo)識。通過在實驗中測量系統(tǒng)的輸入和輸出，利用系統(tǒng)辨識方法，可以得到系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型。

4.末端執(zhí)行器的控制

4.1位置控制

末端執(zhí)行器的位置控制是制孔過程中最基本的控制任務(wù)之一。利用PID控制器，根據(jù)期望位置和當(dāng)前位置的差異，調(diào)整控制信號，使得末端執(zhí)行器能夠準(zhǔn)確定位。

4.2力控制

在制孔過程中，末端執(zhí)行器需要施加足夠的力以穿透工件并完成鉆孔。通過在末端執(zhí)行器上安裝力傳感器，實時測量施加在工件上的力，并利用力反饋控制方法，將測得的力信號與期望力進(jìn)行比較，調(diào)整控制信號，使得末端執(zhí)行器能夠保持恒定的力。

5.實驗結(jié)果與討論

通過使用基于Stewart平臺的機(jī)器人末端執(zhí)行器進(jìn)行鉆孔實驗，驗證了該系統(tǒng)的可行性和有效性。實驗結(jié)果表明，末端執(zhí)行器能夠?qū)崿F(xiàn)精確的位置控制和力控制，大大提高了制孔的效率和質(zhì)量。

6.結(jié)論

本文通過建模和控制方法，設(shè)計了一種基于Stewart平臺的機(jī)器人自動制孔末端執(zhí)行器。實驗結(jié)果表明，該末端執(zhí)行器能夠?qū)崿F(xiàn)精確、高效、自動化的制孔過程，為工業(yè)制造中的鉆孔任務(wù)提供了一種有效的解決方案。在未來的研究中，可以進(jìn)一步優(yōu)化控制算法和改進(jìn)末端執(zhí)行器的設(shè)計，以適應(yīng)更多的制孔任務(wù)本文設(shè)計了一種基于Stewart平臺的機(jī)器人自動制孔末端執(zhí)行器，并通過建模和控制方法實現(xiàn)了精確的位置控制和力控制。實驗結(jié)果表明，該末端執(zhí)行器能夠有效地完成制孔任務(wù)，提高了制孔的效率和