基于振动触觉反馈的机器人辅助骨曲面铣削

在骨曲面铣削时,机器人在控制铣削深度的同时需调整刀具与骨面的夹角来确保手术质量.针对这一问题,本文首先建立了铣刀的振动模型,讨论了铣削时铣刀与骨切面的夹角对铣削振动的影响.其次利用固定在铣刀上的三轴加速度传感器,采集铣刀在铣削过程中的振动信号,并使用快速傅里叶变换从信号中提取出铣刀旋转频率谐波的幅值.然后通过先验实验拟合出切向加速度信号中的一次谐波幅值与深度的线性关系,同时得到轴向加速度信号中的一次谐波幅值随夹角变化的关系,证明这两种谐波幅值可作为控制深度和夹角的反馈量.最后利用PID(比例-积分-微分)控制器和机器人逆运动学提出了基于振动触觉的骨曲面铣削方法.实验结果表明,铣削深度设置值为0.5 mm时,未引入和引入夹角控制方法时的骨曲面铣削深度的均值和标准差分别为0.455 mm±0.046 mm和0.499 mm±0.028 mm.所提方法能提高机器人铣削骨曲面的精确度.     

一种基于声信号的手术机器人骨切削深度控制方法

为了实时估计并控制手术机器人的骨切削深度,首先建立了基于声信号的切削深度估计模型,分析了模型参数的影响因素,并通过验证实验降低不同切削过程和运动参数对模型参数的影响.然后对手术机器人的切削深度控制原理和稳定性进行了分析,提出了一种基于声信号的手术机器人骨切削深度控制方法.利用快速傅里叶变换从切削声中提取刀具旋转频率的一次谐波幅度作为反馈量,根据机器人运动参数在线调整模型参数来估计骨切削深度,进而通过PID(比例-积分-微分)控制器控制手术机器人的骨切削深度.最后,对所提方法进行了实验验证,对估计精度和安全量程进行了实验评估,并与其他方法进行了对比.结果表明,形变和骨密度的变化对所提方法的切削深度控制的影响较小;对于不同固定方式下的猪脊骨,切削深度能保持在可接受的水平;在0～0.5 mm的铣削深度范围内,信号的线性度较高,独立线性率为8.812％F.S.(全量程).所提方法可用于提高手术机器人的骨切削操作的安全性.     

面向铣削任务的工业机器人刚度位姿优化

为提高机器人刚度性能,减小铣削加工误差,对搭载铣削执行器的6自由度机器人进行刚度优化.首先,运用虚功原理建立机器人刚度映射模型;其次,设计辨识实验获取关节刚度;再次,以铣削力椭圆平面的各向同性度为优化指标,运用遗传算法对机器人优化位姿进行求解;最后,对比分析机器人位姿优化前后的整体刚度,并进行机器人铣削试验验证位姿优化的有效性,铣削平面度可提升45％.该优化方法可指导串联型工业机器人对大型航天器舱体的铣削加工任务,提高加工质量.     

基于模型预测控制的飞机蒙皮铣削方法研究

针对飞机蒙皮铣削精度低的问题,提出一种考虑铣削力的模型预测控制铣削方法。首先,构建以机械臂为工具的自动化铣削系统,利用矢量法推导机械臂正反解运动学模型。其次,提取飞机蒙皮三维轮廓,采用离散法进行曲线偏移,规划铣削加工路径;在此基础上,利用五阶B样条曲线拟合路径得到加工轨迹。然后,建立铣刀与工件接触数学模型,以铣削力与速度比、轨迹误差与控制输入为目标函数,采用预测模型反馈校正控制跟踪轨迹。最后,利用激光跟踪仪测量蒙皮修切精度。修切的重复定位精度与绝对定位精度分别在±0.1 mm和±0.3 mm以内。相较于传统基于激光跟踪仪测量的铣削方法,采用本方法可获得到较高的铣削加工精度。该方法可用于机器人铣削加工以及其他自动化加工任务。     

基于麦克风阵列的储罐内爬壁机器人定位技术

为提高储罐内爬壁机器人的智能水平及作业效率,研究设计了基于被动声定位技术的机器人定位系统.该系统利用麦克风阵列拾取机器人发出的声信号,运用改进的时延估计定位方法处理信号,从而定位爬壁机器人.介绍了系统涉及的语音信号处理方法,并利用卡尔曼滤波算法处理定位数据.实验表明15m内该系统的定位距离误差不超过12cm.     

铣削数据自动采集与处理系统（二）

本系统的数据采集和处理软件在HP1000小型计算机上采用高级语言FORTRAN、汇编语言、测控语言MCL和绘图语言DGL混合编制,其主要功能如下: (1) 提取铣削力、铣削温度信号铣削是一个断续的切削过程,采集的信号包括切削和空行程两种状态,本软件可对采集     

移动机器人三维空间听觉定位系统设计

研究移动机器人听觉系统优化问题,针对准确判断发声源位置,为提高机器人听觉系统在空间中的搜索能力,设计了一种基于声达时间差的移动机器人听觉定位系统.整个系统分为信号采集及预处理、捕捉声达时间点、定位计算和机器人控制四个部分.通过建立正四面体结构的麦克风阵列,感知三维空间中目标发出的声音信号,采用声电信号处理技术,实时捕捉声音到达时间点:对定位的数学模型测定目标的方位信息进行仿真.结果证明,听觉系统可实现机器人在三维空间中对声源目标的实时定位,定位精度较高.     

机器人轨迹跟踪精度对铣削再生颤振的影响

针对工业机器人低轨迹精度导致的轨迹跟踪误差，分析了切削过程中动态切削厚度和时滞效应对轨迹跟踪误差的响应。考虑轨迹跟踪误差引起的加工底面过程阻尼增加现象，建立包含轨迹误差的动态切削力模型。通过铣削实验验证了该模型，发现了机器人轨迹跟踪误差引发的动态切削厚度变化、时滞效应以及过程阻尼增加等现象能够提高临界轴向切深，扩大铣削加工的稳定域，但会降低表面质量与尺寸精度。本文的理论模型解释了在机器人铣削实验过程中出现的颤振发生又逐渐消失的特殊现象，为提高机器人铣削效率及抑制铣削颤振提供了理论模型。     

立铣加工过程中的微元铣削力建模分析

针对单纯通过高速切削技术制造某些大型飞机零件过程中,存在难以控制的加工变形和较强表面残余拉应力分布等突出问题,以直齿和螺旋齿立铣加工过程为研究对象,基于微元切削机理,通过对刀齿铣削过程的分析,建立动态铣削加工仿真模型,导出铣削面积、铣削力、主轴扭矩、铣削功率与切削用量的关系.数值模拟结果与试验值较吻合,表明该模型可以实现动态铣削力预测,优化切削用量.     

铣削数据自动采集与处理系统（一）

本文介绍铣削数据自动采集与处理系统的硬件总体结构与软件。该系统由铣削力测量系统、铣削温度测量系统和铣削刀具磨损测量系统组成,能同时采集力、温度、磨损数据,提高了效率。其软件有信号提取、试验方案设计、数据缓冲、干扰自动消除、数据回归分析、试验曲线自动绘制等多方面功能,自动化程度较高。     

基于LabVIEW的铣刨深度控制实验台测控系统

针对某矿区地表松软砂土随地形等厚度铣刨收集的要求,提出了一种机械接触式"恒压力"地形探测器。为了对地形探测器和铣刨深度控制技术进行系统研究,研制了铣刨深度控制实验台。主要基于LabVIEW技术,设计了实验台的测控系统;对实验台测控系统构成及原理进行了分析介绍,并描述了软件功能;借助于信号采集板卡和运动控制板卡,由工控机完成实验台的压力、位移测试及步进电机的控制,通过探测随动轮与探测轮的位移差获得实际差值与设定差值进行比对。实验研究表明,系统可以有效将探测与控制偏差控制在设定的范围之內,从而精确控制系统铣刨深度。     

龙门移动式镗铣床的同步进给控制

针对龙门移动式高速镗铣床中两个龙门柱的同步进给问题，提出一个自适应控制方案。通过自适应律的设计来实现同步进给。仿真结果表明，该控制方案具有鲁棒性强、同步误差小的优点。     

柔性螺旋立铣刀数控铣削表面形貌物理仿真模型

以圆柱螺旋立铣刀铣削过程物理特性为研究对象 ,考虑机床主轴偏心和刀杆静态、动态变形等因素的影响 ,建立了一种新的柔性螺旋立铣刀数控铣削过程表面创成物理模型 ;在此基础上 ,给出一种数控铣削三维表面形貌高效仿真算法和仿真算例     

Neural control strategy of constant cutting force system in end milling

This paper discusses the application of neural adaptive control strategy to the problem of cutting force control in high speed end milling operations. The research is concerned with integrating adaptive control and a standard computer numerical controller (CNC) for optimizing a metal-cutting process. It is designed to adaptively maximize the feed rate subject to allowable cutting force on the tool, which is very beneficial for a time consuming complex shape machining. The purpose is to present a reliable, robust neural controller aimed at adaptively adjusting feed rate to prevent excessive tool wear, tool breakage and maintain a high chip removal rate. Numerous simulations and experiments are conducted to confirm the efficiency of this architecture.     

乏气送粉中间储仓式制粉系统的自动控制

分析了乏气送粉中间储仓式制粉系统的控制任务和特点,提出了采用智能控制系统实现该系统的启停控制和正常调节。在２００ＭＷ机组上的应用表明,控制系统投入后减少了运行人员的操作,而且使制粉系统运行品质得到明显改善。     

基于解耦控制的同步传动技术的应用研究

对龙门移动式镗铣床同步传动不一致性问题进行研究,用两台直线电机作为龙门柱纵向进给的传动机构,分析了扰动与输出之间存在的耦合,设计出一种解耦控制器,并用龙门框架不平行时所产生的应力变化进行补偿。仿真结果表明,系统性能良好,并能快速实现同步运行。     

Suppression of nonlinear regenerative chatter in milling process via robust optimal control

During the milling process, self-excited vibration or chatter adversely affects tool life, surface quality and productivity rate. In this paper, nonlinear cutting forces of milling process are considered as a function of chip thickness with a complete third order polynomial (instead of the common linear dependency). An optimal control strategy is developed for chatter suppression of the system described through nonlinear delay differential equations. Counterbalance forces exerted by actuators in x and y directions are the control inputs. For optimal control problem, an appropriate performance index is defined such that the regenerative chatter is suppressed while control efforts are minimized. Optimal control law is determined based on variation of extremals algorithm. Results show that under unstable machining conditions, regenerative chatter is suppressed effectively after applying the optimal control strategy. In addition, optimal controller guarantees robust performance of the process in the presence of model parametric uncertainties.     

球头铣刀柔性铣削力建模与仿真

本文建立了球头铣刀柔性铣削力模型,研究了任意进给方向的球头铣刀铣削力模型,在模型建立过程中考虑了刀具偏心、刀具变形和刀具振动物理影响因素,推导出了综合物理因素影响下的瞬时切屑厚度表达式.在此基础上对球头铣刀瞬时铣削力进行仿真对比分析,验证了建立模型的正确性.     

用辅助截圆柱法反析螺旋槽截形

本文提出了利用辅助截圆柱反析形铣刀加工工件螺旋槽后的端面截形的方法,通过理论分析与计算,建立了相应的数学模型并最终由计算机实现了这一理论算法。     

Design and application of a sliding mode controller for accurate motion synchronization of dual servo systems

This paper presents a continuous time sliding mode controller (SMC) design to deal with the problem of motion synchronization in dual spindle servo systems. Synchronization error is defined as the differential position error between the two servo drives that follow identical reference motion trajectory. Proposed SMC controller penalizes three error states; namely individual axis tracking errors and the synchronization error for accurate synchronization. The control law is derived from Lyapunov energy function without switching condition. The controller shows robust motion synchronization against disturbances and parameter variations. Proposed SMC control is implemented in conventional double-sided machining operation.