寧波材料所在磨拋機(jī)器人方面取得進(jìn)展
磨拋是典型的連續(xù)接觸式操作，力控技術(shù)直接影響磨拋效率和質(zhì)量，因而至關(guān)重要。傳統(tǒng)上，一般采用基于機(jī)器人關(guān)節(jié)力矩的直接力控方法，存在力控精度低、動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢等缺點(diǎn)。而機(jī)器人加力控末端執(zhí)行器的間接力控方法采用了宏微系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在小范圍內(nèi)動(dòng)作時(shí)只需調(diào)整力控末端執(zhí)行器的位姿即可，避免了宏機(jī)器人大慣性動(dòng)作對(duì)力控精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響，可有效解決直接力控方法存在的問(wèn)題。目前，雖然有研發(fā)機(jī)構(gòu)或公司研制了力控末端執(zhí)行器，但自由度偏少，且普遍采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式，如FerRobotics力控末端執(zhí)行器，力控精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能還存在不足。
針對(duì)此問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所精密驅(qū)動(dòng)與智能機(jī)器人技術(shù)團(tuán)隊(duì)根據(jù)不同的磨拋應(yīng)用需求，研制了6款系列化的力控末端執(zhí)行器，包括單自由度軸向力控末端執(zhí)行器、單自由度徑向力控末端執(zhí)行器、三自由度2R1T力控末端執(zhí)行器、三自由度3T力控末端執(zhí)行器、兩自由度被動(dòng)解耦式力控末端執(zhí)行器和兩自由度被動(dòng)居中式力控末端執(zhí)行器。在力控末端執(zhí)行器設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)與控制方面均提出了創(chuàng)新性的想法。在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，2R1T和3T力控末端執(zhí)行器采用剛?cè)狁詈喜⒙?lián)機(jī)構(gòu)，外加拉伸彈簧，有效提高了系統(tǒng)剛度和柔順性能。在驅(qū)動(dòng)方面，主動(dòng)力控末端執(zhí)行器采用氣電混合驅(qū)動(dòng)（音圈電機(jī)+氮?dú)鈴椈桑?，具有力控精度高、?dòng)態(tài)響應(yīng)快、抗沖擊能力強(qiáng)、柔順性能好等優(yōu)點(diǎn)。在控制方面，針對(duì)每款主動(dòng)力控末端執(zhí)行器的特點(diǎn)，提出了有效的力控算法：針對(duì)單自由度力控末端執(zhí)行器，提出了基于雙力矩傳感器的解耦控制算法；針對(duì)2R1T力控末端執(zhí)行器，提出了基于接觸點(diǎn)位姿補(bǔ)償?shù)牧厮惴?；針?duì)3T力控末端執(zhí)行器，提出了魯棒自適應(yīng)力跟蹤導(dǎo)納控制算法。團(tuán)隊(duì)研發(fā)的6款力控末端執(zhí)行器與力控算法已在我國(guó)輪轂制造龍頭企業(yè)——萬(wàn)豐集團(tuán)進(jìn)行了示范應(yīng)用，取得了良好的應(yīng)用效果。
相關(guān)成果發(fā)表于IEEE Transactions on Automation Science and Engineering(doi.org/10.1109/TASE.2021.3095061)、Robotics and Computer-Integrated Manufacturing (doi.org/10.1016/j.rcim.2022.102415)、International Journal of Advanced Manufacturing Technology (doi.org/10.1007/s00170-022-09407-6)等期刊。本研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2018YFB1308900）、國(guó)家自然科學(xué)基金-深圳機(jī)器人基礎(chǔ)研究中心項(xiàng)目（U1813223）、中科院STS浙江中心產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目（STS-ZJ-2016ZX01）和浙江省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2022C01096）等項(xiàng)目的支持。
圖1 6款力控末端執(zhí)行器
圖2 基于雙力傳感器解耦控制算法
圖3 基于接觸點(diǎn)位姿補(bǔ)償?shù)牧厮惴?/font>
圖4 魯棒自適應(yīng)力跟蹤導(dǎo)納控制算法
圖5 應(yīng)用示范場(chǎng)景
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